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Astrócitos são fundamentais para aprender movimentos qualificados






Estudo revela duas maneiras específicas pelas quais os astrócitos impactam diretamente a aprendizagem motora.

Fonte: Instituto Picower de Aprendizagem e Memória

De dirigir um carro a balançar uma raquete de tênis, aprendemos a executar todos os tipos de movimentos habilidosos durante nossas vidas. Você pode pensar que esse aprendizado só é implementado por neurônios, mas um novo estudo realizado por pesquisadores do Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT mostra o papel essencial de outro tipo de célula cerebral: os astrócitos.

Assim como equipes de atletas de elite treinam ao lado de equipes de treinadores, conjuntos de neurônios no córtex motor do cérebro dependem de astrócitos próximos para ajudá-los a aprender a codificar quando e como se mover, e o momento e a trajetória ideais de um movimento, mostra o estudo.

Descrevendo uma série de experimentos em camundongos, o novo artigo no Journal of Neuroscience revela duas maneiras específicas pelas quais os astrócitos afetam diretamente o aprendizado motor, mantendo um equilíbrio molecular ideal no qual os conjuntos neuronais podem refinar adequadamente o desempenho do movimento.

"Esta descoberta é parte de um corpo de trabalho do nosso laboratório e de outros laboratórios que elevam a importância dos astrócitos para a codificação neuronal e, portanto, para o comportamento", disse o autor sênior Mriganka Sur, professor Newton de Neurociência no Instituto Picower e no Departamento de Ciências Cerebrais e Cognitivas do MIT.

"Isso mostra que, embora a codificação populacional de comportamentos seja uma função neuronal, precisamos incluir astrócitos como parceiros deles."

Jennifer Shih, pós-doutoranda do Instituto Picower, e Chloe Delepine e Keji Li, ex-pós-doutorandos do Sur Lab, são os coautores principais do artigo.

"Esta pesquisa destaca a complexidade dos astrócitos e a importância das interações astrócitos-neurônios no ajuste fino da função cerebral, fornecendo evidências concretas desses mecanismos no córtex motor", disse Delepine.

Mexendo com o domínio do motor

A equipe deu a seus ratos uma tarefa motora simples para dominar. Quando sinalizados com um tom, os ratos tiveram que alcançar e empurrar uma alavanca para baixo dentro de cinco segundos. Os roedores mostraram que poderiam aprender a tarefa ao longo de alguns dias e dominá-la dentro de algumas semanas. Eles não apenas executaram a tarefa com mais precisão, mas também suas reações aceleraram e a trajetória de seu alcance e empurrão tornou-se mais suave e uniforme.

Em alguns dos camundongos, no entanto, a equipe empregou intervenções moleculares de precisão para interromper duas funções específicas dos astrócitos no córtex motor. Em alguns camundongos, eles interromperam a capacidade dos astrócitos de absorver o neurotransmissor glutamato, uma substância química que excita a atividade neural quando é recebida em conexões chamadas sinapses.

Em outros camundongos, eles hiperativaram os sinais de cálcio dos astrócitos, o que afetou o funcionamento deles. Em ambos os sentidos, as intervenções interromperam o processo normal pelo qual os neurônios formariam ou mudariam suas conexões uns com os outros, um processo chamado "plasticidade" que permite a aprendizagem.

Cada uma das intervenções afetou o desempenho dos camundongos. O primeiro (um knockdown do transportador de glutamato GLT1) não afetou se os ratos empurraram a alavanca ou a rapidez com que o fizeram. Em vez disso, interrompeu a suavidade do movimento.

Camundongos com GLT1 interrompido permaneceram erráticos e instáveis, como se incapazes de refinar sua técnica. Os camundongos submetidos à segunda intervenção (ativação da sinalização Gq) apresentaram déficits não apenas na suavidade de sua trajetória de movimento, mas também em sua compreensão de quando empurrar a alavanca e sua rapidez em fazê-lo.

A equipe se aprofundou em como esses déficits surgiram. Usando um microscópio de dois fótons, eles rastrearam a atividade neural no córtex motor em camundongos inalterados e camundongos tratados com cada intervenção. Em comparação com o que eles viram em camundongos normais, os ratos com GLT1 interrompido mostraram menos atividade correlacionada entre os neurônios. Camundongos com ativação de Gq mostraram atividade correlacionada excessiva em comparação com os camundongos normais.

"Os dados sugerem que um nível ideal de correlação neuronal é necessário para o surgimento de conjuntos neuronais funcionais que impulsionam o desempenho da tarefa", escreveram os autores. "Correlações significativas que carregam informações são o que impulsionam a aprendizagem motora, em vez da magnitude absoluta de correlações potencialmente não específicas."

A equipe cavou ainda mais fundo ainda. Eles cuidadosamente isolaram astrócitos do córtex motor de camundongos, incluindo alguns que não foram treinados na tarefa motora, bem como aqueles que foram treinados, incluindo camundongos que estavam inalterados e camundongos que foram submetidos a cada intervenção. Em todas essas amostras de astrócitos purificados, eles então sequenciaram o RNA para avaliar como eles diferiam em sua expressão de genes.

Eles descobriram que em camundongos treinados versus não treinados, os astrócitos exibiram maior expressão de genes relacionados ao GLT1. Nos ratos onde intervieram, viram expressão baixa. Essa evidência sugeriu ainda que o processo de transporte de glutamato é de fato fundamental para o treinamento em tarefas motoras.

"Aqui mostramos que os astrócitos têm um papel importante em permitir que os neurônios codifiquem informações adequadamente, tanto o aprendizado quanto a execução de um movimento, por exemplo", disse Sur.

Pierre Gaudeaux é coautor do artigo.

Financiamento: A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, pela Fundação Simons e pela Fundação JPB.


Author: David Orenstein

Source: Picower Institute of Learning and Memory

Contact: David Orenstein – Picower Institute of Learning and Memory


Original Research: Closed access.

“Differential effects of astrocyte manipulations on learned motor behavior and neuronal ensembles in the motor cortex” by Mriganka Sur et al. Journal of Neuroscience


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