Circuito cerebral que codifica o tempo dos eventos identificados

As descobertas se somam a um conjunto crescente de evidências que sugerem que, quando formamos novas memórias, diferentes populações de neurônios no cérebro codificam o tempo e colocam informações, dizem os pesquisadores.

As células piramidas na região do CA2 do hipocampo são responsáveis por armazenar informações críticas de tempo.

Quando experimentamos um novo evento, nosso cérebro registra uma memória não só do que aconteceu, mas também do contexto, incluindo a hora e a localização do evento. Um novo estudo dos neurocientistas do MIT esclarece como o tempo de uma memória é codificado no hipocampo, e sugere que o tempo e o espaço são codificados separadamente.

Em um estudo com camundongos, os pesquisadores identificaram um circuito hipocampal que os animais usavam para armazenar informações sobre o tempo de quando deveriam virar à esquerda ou à direita em um labirinto. Quando este circuito foi bloqueado, os ratos não conseguiam lembrar para que lado deveriam virar em seguida. No entanto, interromper o circuito não pareceu prejudicar sua memória de onde eles estavam no espaço.

As descobertas se somam a um conjunto crescente de evidências que sugerem que, quando formamos novas memórias, diferentes populações de neurônios no cérebro codificam o tempo e colocam informações, dizem os pesquisadores.

"Há uma visão emergente de que 'células de lugar' e 'células do tempo' organizam memórias mapeando informações no hipocampo. Esse contexto espacial e temporal serve como um andaime que nos permite construir nossa própria linha do tempo pessoal de memórias", diz Chris MacDonald, cientista pesquisador do Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT e principal autor do estudo.

Susumu Tonegawa, professor de Biologia e Neurociência do Riken-MIT Laboratory of Neural Circuit Genetics do Instituto Picower, é o autor sênior do estudo, que aparece esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences.

Tempo e lugar

Cerca de 50 anos atrás, neurocientistas descobriram que o hipocampo do cérebro contém neurônios que codificam memórias de locais específicos. Essas células, conhecidas como células de lugar, armazenam informações que se tornam parte do contexto de uma determinada memória.

A outra peça crítica do contexto para qualquer memória é o tempo. Em 2011, MacDonald e o falecido Howard Eichenbaum, professor de ciências psicológicas e cerebrais da Universidade de Boston, descobriram células que acompanham o tempo, em uma parte do hipocampo chamada CA1.

Nesse estudo, MacDonald, que era então um pós-doutor na Universidade de Boston, descobriu que essas células apresentavam padrões específicos de disparo relacionados ao tempo quando os ratos foram treinados para associar dois estímulos - um objeto e um odor - que foram apresentados com um atraso de 10 segundos entre eles. Quando o atraso foi estendido para 20 segundos, as células reorganizaram seus padrões de disparo para durar 20 segundos em vez de 10.

"É quase como se eles estivessem formando uma nova representação de um contexto temporal, muito parecido com um contexto espacial", diz MacDonald. "A visão emergente parece ser que as células de lugar e do tempo organizam a memória mapeando a experiência para uma representação de contexto que é definida pelo tempo e espaço."

No novo estudo, os pesquisadores queriam investigar quais outras partes do cérebro poderiam estar alimentando informações de tempo ca1. Alguns estudos anteriores sugeriram que uma parte próxima do hipocampo chamado CA2 poderia estar envolvida em manter o controle do tempo. Ca2 é uma região muito pequena do hipocampo que não foi extensivamente estudada, mas tem se mostrado forte conexão com o CA1.

Para estudar as ligações entre CA2 e CA1, os pesquisadores utilizaram um modelo de rato projetado no qual poderiam usar a luz para controlar a atividade dos neurônios na região do CA2. Eles treinaram os ratos para executar um labirinto de figura oito em que eles ganhariam uma recompensa se eles alternassem virando à esquerda e à direita cada vez que eles corriam o labirinto. Entre cada teste, eles correram em uma esteira por 10 segundos, e durante este tempo, eles tiveram que lembrar que direção tinham ligado no julgamento anterior, para que pudessem fazer o oposto no próximo julgamento.

Quando os pesquisadores desligaram a atividade do CA2 enquanto os ratos estavam na esteira, descobriram que os ratos tinham um desempenho muito ruim na tarefa, sugerindo que eles não conseguiam mais lembrar qual direção haviam virado no estudo anterior.

"Quando os animais estão se apresentando normalmente, há uma sequência de células no CA1 que se apaga durante essa fase de codificação temporal", diz MacDonald. "Quando você inibe o CA2, o que você vê é que a codificação temporal no CA1 se torna menos precisa e mais manchada no tempo. Torna-se desestabilizado, e isso parece correlacionar-se com eles também tendo um desempenho ruim nessa tarefa."

Circuitos de memória

Quando os pesquisadores usaram a luz para inibir os neurônios CA2 enquanto os ratos corriam o labirinto, eles encontraram pouco efeito nas "células de lugar" do CA1 que permitem que os ratos se lembrem onde estão. Os achados sugerem que as informações espaciais e de tempo são codificadas preferencialmente por diferentes partes do hipocampo, diz MacDonald.

"Uma coisa que é emocionante sobre este trabalho é essa ideia de que as informações espaciais e temporais podem operar em paralelo e podem se fundir ou separar em diferentes pontos do circuito, dependendo do que você precisa realizar do ponto de vista da memória", diz ele.

MacDonald está agora planejando estudos adicionais de percepção do tempo, incluindo como percebemos o tempo em diferentes circunstâncias, e como nossa percepção do tempo influencia nosso comportamento. Outra questão que ele espera seguir é se o cérebro tem diferentes mecanismos para acompanhar eventos que são separados por segundos e eventos que são separados por períodos muito mais longos de tempo.

"De alguma forma, as informações que armazenamos na memória preservam a ordem sequencial de eventos em escalas de tempo muito diferentes, e estou muito interessado em como somos capazes de fazer isso", diz ele.

“Crucial role for CA2 inputs in the sequential organization of CA1 time cells supporting memory” by Christopher J. MacDonald and Susumu Tonegawa. PNAS