Garcia Zeus- Descoberta da potenciação a longo prazo
- Potenciação de longo prazo na sinapse de glutamato
- Plasticidade sináptica
- Depressão de longa duração: o oposto de LTP
- LTP, LTD, Placidez Sináptica, Aprendizagem e Memória
- Conclusão
Há muito que os neurocientistas se fascinam com a razão pela qual uma pessoa não se consegue lembrar de acontecimentos recentes após uma lesão cerebral, como, por exemplo, após uma queda. No entanto, essa mesma pessoa pode ainda ser capaz de se lembrar dos ingredientes exactos da sua receita de bolachas com pepitas de chocolate. Isto levou a teorias sobre a forma como aprendemos e armazenamos informações nesse computador complicado chamado cérebro.potenciação.
A potenciação a longo prazo (LTP) é um mecanismo que, nos mamíferos, como as pessoas, se crê permitir a aprendizagem e a criação de memórias a longo prazo. A LTP é um processo em que as sinapses se reforçam através da repetição. A LTP ocorre em várias áreas do cérebro, mas a maior parte da investigação centrou-se na sinapse do glutamato.
"O termo "use-o ou perca-o" é um aviso frequente em relação às nossas memórias e à forma como aprendemos. Traz à tona imagens de pequenas células cerebrais a levantar pesos para se manterem em forma enquanto outras murcham e morrem. Um termo mais técnico para isto é a plasticidade sináptica, em que as sinapses ficam mais fortes ou mais fracas consoante são necessárias.plasticidade.
Descoberta da potenciação a longo prazo
"Manter os meus neurónios a disparar" tornou-se uma frase quotidiana na sociedade moderna. As pessoas dizem aos amigos que estão a tentar prevenir a demência jogando jogos como o Sudoku ou as palavras cruzadas. Mas enquanto Camillo Golgi descobriu os neurónios em 1908, o mecanismo de como este "disparo" permitia a aprendizagem e as memórias era desconhecido.
Mas em 1966, Terje Lømo, um neurocientista, começou a estudar o hipocampo de coelhos, o que levou à descoberta da potenciação a longo prazo. Dois anos mais tarde, ele e Tim Bliss fizeram um estudo sistemático sobre esta descoberta e observaram a atividade dos impulsos musculares em cérebros de mamíferos (ratos).
A atividade não era aleatória, mas tinha padrões dentro de intervalos adaptáveis. Estes padrões criaram uma ligação mais forte entre dois neurónios, o que significa que um sinal mais forte e melhor entre dois neurónios é fundamental para a aprendizagem e a criação de memórias, mais do que para o nascimento de novas células cerebrais.
Para fazer uma analogia mista grosseira: imagine dois neurónios que se exercitam a jogar à apanhada. Mas o seu jogo de apanhada cria um sinal de telemóvel. Começa fraco, um péssimo 2G; a informação passa entre eles lentamente e as páginas nem sempre carregam. Depois, após alguma prática, chega ao EDGE. Mas quanto mais esses neurónios trabalham, melhor ficam até conseguirem estabelecer uma ligação 4G (e mais além) entre eles.
Por exemplo, Santiago Ramón y Cajal sugeriu, em 1894, que a aprendizagem implicava melhores ligações entre neurónios, em vez de criar mais ligações. Além disso, a famosa teoria Hebbiana foi apresentada em 1949 por Donald Hebb. A sua teoria é resumida com a frase cativante: "Células que disparam juntas ligam-se umas às outras".
Mas, embora Cajal e Hebb estivessem no caminho certo, as suas ideias estavam incompletas. A descoberta da LTP abriu o mistério por detrás dos disparos e começou a ajudar-nos a compreender por que razão alguns pensamentos são temporários e outras informações são retidas e desenvolvidas. No entanto, ainda hoje, a LTP não é totalmente compreendida. Para começar, não ocorre da mesma forma em todas as partes do cérebro.
Potenciação de longo prazo na sinapse de glutamato
Por mais adorável que seja imaginar os nossos neurónios a jogar à apanhada ou a disparar pequenas pistolas laser uns contra os outros, a potenciação a longo prazo é um pouco (muito) mais complicada. Este jogo de apanhada também não funciona da mesma forma em todas as áreas do cérebro. Mas a forma mais fácil de mergulhar na LTP é na sinapse de glutamato do hipocampo, porque é aí que se tem feito mais investigação.
LTP: Recetor NMDA, Recetor AMPA e Despolarização
As pessoas adoram um bom acrónimo, e isso inclui os neurocientistas. Assim, nos receptores de sinapse de glutamato: NMDA e AMPA. Portanto, a melhor forma de visualizar estes receptores é como pequenos túneis no caminho do nosso jogo de apanhada. Estes túneis permitem que as "bolas" passem com glutamato suficiente. Estas "bolas" são coisas como o magnésio e o cálcio.
O corpo recebe estímulos sensoriais: visão, olfato, sons, tato e paladar. Os estímulos sensoriais são transmitidos ao hipocampo através de sinais. Os receptores de glutamato são então activados. Uma pequena quantidade de atividade ativa o recetor AMPA. No entanto, o recetor NMDA é mais difícil de agradar. Não se abre muito e é rapidamente bloqueado por um ião de magnésio (uma das nossas bolas).
O cérebro não tem um êmbolo para retirar esse ião de magnésio do nosso "túnel" NMDA. Em vez disso, utiliza a despolarização para remover o ião de magnésio. No entanto, isto só é possível através do reforço do sinal:
- Estimular com um sinal forte
- Repetição de um sinal
É como ensinar uma criança a não tocar numa lareira quente. Há duas maneiras de aprender esta lição:
- O miúdo toca na lareira quente e grita de dor
- O pai está sempre a dizer: "Não, quente", sempre que a criança tenta tocar na lareira
O exemplo A é um sinal forte: ensina instantaneamente à maioria das crianças que as lareiras são quentes e perigosas.
O exemplo B é um sinal fraco: menos doloroso e perigoso para a criança, mas demora muito mais tempo (e faz com que os pais questionem as suas opções de vida).
O primeiro "Não, quente" não é estímulo suficiente para fazer com que o ião magnésio se mova. Para que o Exemplo B funcione, tem de ser executado repetidamente até que seja libertada uma grande quantidade de glutamato. O glutamato extra mantém o recetor AMPA aberto durante mais tempo, permitindo a entrada de sódio suficiente na célula para que haja despolarização. O carregador é retirado e agora o cálcio (outras bolas) pode passar.
O LTP está agora na sua primeira fase. A criança está a começar a aprender que a lareira é quente. No entanto, se o tempo melhorar antes de o LTP atingir a sua segunda fase, esta lição pode ser esquecida quando o inverno voltar. Nesse caso, o processo de aprendizagem tem de ser repetido, talvez não totalmente do zero, mas quase.
Potenciação de longo prazo e memórias
A fase 1 da potenciação a longo prazo é conhecida como memória a curto prazo. De uma forma grosseira, a informação fica num compartimento de armazenamento temporário no hipocampo. Só quando atinge a fase 2 é que a informação é considerada suficientemente importante para ser enviada para o córtex, para um compartimento de armazenamento a longo prazo. Uma vez armazenada no córtex, é agora uma memória a longo prazo.
Estas diferenças entre a fase 1 e a fase 2 podem ser observadas em pessoas com lesões cerebrais e condições de deterioração mental. Uma pessoa que cai do cavalo, por exemplo, pode sofrer uma lesão na cabeça suficientemente grave para começar a perder memórias recentes. No início, não se lembra da queda, mas no dia seguinte pode ter-se esquecido de toda a semana passada.
No entanto, essa mesma pessoa lesionada ainda será capaz de lhe dizer exatamente como fazer a sua receita favorita de bolachas com pepitas de chocolate. A receita foi-lhe ensinada quando era pequena, talvez pela avó, e há décadas que faz essas bolachas. Essa informação está trancada no córtex, sã e salva, enquanto o hipocampo é despejado dos seus cacifos.
No caso de uma lesão temporária, como uma queda do cavalo, o hipocampo acaba por voltar ao trabalho e podem formar-se mais memórias de longo prazo. No entanto, se se formaram lesões devido a uma lesão ou doença, o cérebro tem dificuldade ou não consegue criar novas memórias. No entanto, pode ainda ser capaz de reter memórias mais antigas. Vemos este fenómeno em pessoas com Alzheimer.
Plasticidade sináptica
A força sináptica não é uma constante, mas pode ser reforçada ou enfraquecida. O termo para isto é plasticidade sináptica, e é muitas vezes comparada a ir ao ginásio. Assim, quando vai ao ginásio regularmente, o seu tónus muscular e a sua força aumentam normalmente, assim como a sua aptidão cardiovascular. Mas depois, talvez esteja ocupado e não vá durante um mês, e a sua aptidão diminui.
Embora o cérebro não seja um músculo, necessita de "exercício" para manter o mecanismo de potenciação a longo prazo a funcionar, mas mesmo um cérebro bem exercitado terá algumas ligações a enfraquecer enquanto outras se fortalecem.
Por exemplo, se não utilizar uma competência durante algum tempo, como uma segunda língua, a sua proficiência nessa competência diminui. No entanto, isso não significa que não tenha exercitado o seu cérebro. Por exemplo, durante esse período, pode ter aprendido a tocar guitarra ou ter ficado obcecado por fazer massa fermentada.
Assim, enquanto certas ligações no nosso cérebro estavam a ficar mais fortes - como tocar guitarra, como fazer o melhor pão de massa fermentada - outras ligações estavam a ficar mais fracas. Ou para voltar ao ginásio: é como começar aulas de spinning porque nos aborrecemos com a natação. Mas depois de um ano na bicicleta, voltamos à piscina e descobrimos que a nossa aptidão para a natação diminuiu, apesar de ainda estarmos emforma.
No entanto, o que é estranho neste exemplo é que não se terá esquecido de como nadar. É certo que é mais difícil porque os seus músculos já não estão a ser utilizados dessa forma. Mas o corpo continua a saber o que tem de ser feito para não se afogar. Curiosamente, acredita-se que a sua capacidade de "não se afogar" após um período prolongado sem nadar está relacionada com o mesmo processo que o esquecimento.
Assim, por mais irritante que seja "esquecer" as coisas, a plasticidade sináptica pode ser um processo saudável quando mantida em equilíbrio. Não precisamos de toda a informação que recebemos para sempre. Não é nada de mais se não se conseguir lembrar da lista de compras que escreveu em janeiro de 2004.
Em vez disso, o nosso cérebro deixa de lado as ligações cansadas e reinicia-as para que possam ser utilizadas novamente para outra coisa, como a lista de compras, ou reduz as ligações, para que utilizemos apenas as partes necessárias, como no caso da natação.
Depressão de longa duração: o oposto de LTP
A depressão a longo prazo (LTD) em neurociência não é o mesmo que a doença mental grave conhecida como depressão crónica. Em vez disso, a LTD é um mecanismo nos mamíferos que se opõe à potenciação a longo prazo.
A LTD não é totalmente compreendida. Embora seja vista como parte do processo de esquecimento, desempenha um papel crucial na nossa memória motora, voltando à natação. Quando se aprende esta habilidade pela primeira vez, envolve muita concentração. Quando a natação era nova, uma distração, como alguém a chamar pelo nosso nome, podia fazer-nos perder a concentração e entrar em pânico.
Mas, uma vez dominada a capacidade de nadar, não é necessário quase nenhum pensamento consciente para nos mantermos à tona. Algumas pessoas fazem-no de costas, conversando com as gaivotas, sem se preocuparem com nada. De alguma forma, a LTD elimina toda a informação de que não precisamos e retém os aspectos essenciais na nossa memória muscular. Assim, a "deslocação" do conhecimento para a nossa memória muscular permite-nos fazer várias tarefas.
O LTD também pode tornar as memórias mais claras, aguçando as partes essenciais da "história", criando um maior contraste e permitindo que outros elementos desapareçam. É por isso que alguém pode ter, por exemplo, uma memória cristalina de fazer bolachas de chocolate com a avó pela primeira vez. No entanto, não sabe o dia, o mês ou mesmo a sua idade exacta. Em vez disso, é mais "Eu devia teralgures entre as seis e as oito".
Por exemplo, os neurocientistas sabem que, tal como a LTP, a depressão a longo prazo pode ocorrer por vários mecanismos, mas o mais estudado é nos receptores de glutamato. Assim, voltamos ao NMDA e ao AMPA, em que o NMDA é bloqueado pelo ião magnésio.
Mas, ao contrário da LTP, não há estimulação suficiente para desbloquear o ião magnésio. Curiosamente, há alguma estimulação de baixa intensidade. De facto, é suficiente para permitir a entrada de algum cálcio no NMDA. Mas não é suficiente para causar a potenciação a longo prazo. Em vez disso, ativa uma cascata celular que resulta na remoção dos receptores AMPA, reduzindo a quantidade de receptores de glutamato. Assim, aa ligação enfraquece.
LTP, LTD, Placidez Sináptica, Aprendizagem e Memória
Apesar de se pensar que a LTP e a LTD desempenham papéis importantes na forma como aprendemos e formamos memórias, o cérebro é um órgão complicado. Mesmo os papéis da LTP e da LTD na placidez sináptica não são absolutos. As explicações acima são simplistas e os neurocientistas ainda estão a investigar e a debater o impacto total destes processos. Há também outros químicos em jogo.
No entanto, a LTP e a LTD parecem ter um impacto de grande alcance. Há uma enorme quantidade de provas que apoiam estes processos mecânicos como contribuintes significativos para a aprendizagem comportamental e a memória espacial. Assim, a investigação sobre estes processos estende-se a uma multiplicidade de condições, incluindo a doença de Alzheimer, o trauma, o desenvolvimento de vias de dor e a toxicodependência.
Conclusão
A potenciação a longo prazo é um processo mecânico que está envolvido no reforço das ligações sinápticas entre os neurónios. Acredita-se que isto faz parte da forma como aprendemos e criamos memórias. É o processo oposto à depressão a longo prazo, que enfraquece as ligações entre os neurónios. Assim, acredita-se que a LTP e a LTD são uma parte importante do fenómeno da plasticidade sináptica.
Ligações
//www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/long-term-potentiation
//www.youtube.com/watch?v=-mHgPfXHzJE
//www.youtube.com/watch?v=B7ig6sIwIC8
//www.nature.com/articles/s41598-020-71528-3
//www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4006178/
//oxford.universitypressscholarship.com/view/10.1093/acprof:oso/9780195396133.001.0001/acprof-9780195396133-chapter-009
//www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3118435/