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Cientistas descobrem surpreendentes capacidades de memória da medula espinhal

Anatomia Humana da Medula Espinhal

Pesquisadores do Centro RIKEN de Ciência do Cérebro descobriram mecanismos neurais da medula espinhal que permitem o aprendizado motor independente do cérebro, revolucionando potencialmente as terapias de recuperação para lesões na medula espinhal.

Aya Takeoka e sua equipe do Centro RIKEN de Ciência do Cérebro, no Japão, identificaram as vias neurais na medula espinhal que facilitam o aprendizado motor independentemente do cérebro. Sua pesquisa, publicada na revista Ciência em 11 de abril, encontraram dois grupos críticos de neurônios da medula espinhal, um necessário para um novo aprendizado adaptativo e outro para relembrar adaptações depois de aprendidas. As descobertas podem ajudar os cientistas a desenvolver maneiras de auxiliar na recuperação motora após lesão na medula espinhal.

Os cientistas já sabem há algum tempo que a produção motora da medula espinhal pode ser ajustada através da prática, mesmo sem cérebro. Isto foi demonstrado de forma mais dramática em insetos sem cabeça, cujas pernas ainda podem ser treinadas para evitar sinais externos. Até agora, ninguém descobriu exatamente como isso é possível e, sem essa compreensão, o fenômeno não passa de um fato peculiar. Como explica Takeoka, “obter insights sobre o mecanismo subjacente é essencial se quisermos compreender os fundamentos da automaticidade do movimento em pessoas saudáveis ​​e usar esse conhecimento para melhorar a recuperação após uma lesão na medula espinhal”.

Aprendizagem e memória na ilustração da medula espinhal

Neste estudo, as medulas espinhais que associaram a posição do membro a uma experiência desagradável aprenderam a reposicionar o membro após apenas 10 minutos e retiveram uma memória no dia seguinte. As medulas espinhais que receberam desconforto aleatório não aprenderam. Crédito: RIKEN

Antes de entrar no circuito neural, os pesquisadores desenvolveram primeiro uma configuração experimental que lhes permitiu estudar a adaptação da medula espinhal do rato, tanto na aprendizagem quanto na recordação, sem informações do cérebro. Cada teste contou com um camundongo experimental e um camundongo de controle cujas patas traseiras balançavam livremente. Se a perna traseira do rato experimental caísse demais, ele era estimulado eletricamente, emulando algo que um rato gostaria de evitar. O camundongo controle recebeu a mesma estimulação ao mesmo tempo, mas não foi vinculado à sua própria posição das patas traseiras.

Observações de aprendizagem imediata e retenção de memória

Após apenas 10 minutos, observaram aprendizagem motora apenas nos ratos experimentais; suas pernas permaneceram erguidas, evitando qualquer estimulação elétrica. Este resultado mostrou que a medula espinhal pode associar uma sensação desagradável à posição da perna e adaptar sua produção motora para que a perna evite a sensação desagradável, tudo sem a necessidade de um cérebro. Vinte e quatro horas depois, eles repetiram o teste de 10 minutos, mas inverteram os ratos experimentais e de controle. Os ratos experimentais originais ainda mantinham as pernas levantadas, indicando que a medula espinhal retinha uma memória da experiência passada, o que interferia na nova aprendizagem.

Tendo assim estabelecido tanto a aprendizagem imediata como a memória na medula espinhal, a equipe começou então a examinar o circuito neural que torna ambos possíveis. Eles usaram seis tipos de camundongos transgênicos, cada um com um conjunto diferente de neurônios espinhais desativados, e os testaram quanto ao aprendizado motor e à reversão do aprendizado. Eles descobriram que os membros posteriores dos camundongos não se adaptaram para evitar os choques elétricos depois que os neurônios na parte superior da medula espinhal foram desativados, especialmente aqueles que expressam o genePtf1a.

Quando examinaram os ratos durante a reversão do aprendizado, descobriram que silenciar o Ptf1aOs neurônios que expressam não tiveram efeito. Em vez disso, um grupo de neurônios na parte inferior, ventral, da medula espinhal que expressa a En1 gene era crítico. Quando esses neurônios foram silenciados no dia seguinte à evitação da aprendizagem, a medula espinhal agiu como se nunca tivesse aprendido nada. Os pesquisadores também avaliaram a recuperação da memória no segundo dia, repetindo as condições iniciais de aprendizagem. Eles descobriram que em camundongos selvagens, os membros posteriores se estabilizaram para alcançar a posição de evitação mais rapidamente do que no primeiro dia, indicando a recordação. Emocionante o En1 os neurônios durante a recordação aumentaram essa velocidade em 80%, indicando uma recordação motora melhorada.

“Esses resultados não apenas desafiam a noção predominante de que a aprendizagem motora e a memória estão confinadas apenas aos circuitos cerebrais”, diz Takeoka, “mas também mostramos que podemos manipular a recordação motora da medula espinhal, o que tem implicações para terapias destinadas a melhorar a recuperação após a medula espinhal. danos no cabo.”

Referência: “Duas classes neuronais inibitórias governam a aquisição e recuperação da adaptação sensório-motora espinhal” por Simon Lavaud, Charlotte Bichara, Mattia D’Andola, Shu-Hao Yeh e Aya Takeoka, 11 de abril de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adf6801



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