Cientistas de Harvard Mapeiam Sinais de Voltagem ao Vivo em Dendritos Cerebrais em Tempo Real

Entender como neurônios individuais processam informações e aprendem requer saber exatamente como os sinais elétricos percorrem suas elaboradas estruturas ramificadas, chamadas dendritos. Essas ramificações tanto recebem estímulos de milhares de outros neurônios quanto retransmitem pulsos de retroalimentação provenientes do corpo celular. Até agora, mapear essa dinâmica em um animal vivo estava tecnicamente fora de alcance.

Pesquisadores da Harvard University e do Janelia Research Campus combinaram estimulação direcionada por luz com uma sofisticada técnica de imageamento de voltagem em dois planos simultâneos para observar, ao mesmo tempo, a atividade elétrica dendrítica e somática (do corpo celular) em neurônios piramidais da camada cortical 2/3, tanto em camundongos anestesiados quanto acordados. Eles rastrearam sinais espontâneos, evocados por estímulos sensoriais e desencadeados optogeneticamente ao longo de toda a arborizção dendrítica.

A principal descoberta desafia uma suposição amplamente difundida: em vez de diferentes ramos dendríticos funcionarem como unidades computacionais eletricamente isoladas, os pesquisadores constataram que a voltagem de membrana estava amplamente correlacionada em toda a arborização. A compartimentalização dentro de ramos individuais foi surpreendentemente fraca. No entanto, eles descobriram um poderoso efeito dependente do histórico de atividade — potenciais de ação de retropropagação (pulsos elétricos que viajam do corpo celular de volta para os dendritos) penetravam nos ramos distais com muito menos eficácia após disparos intensos recentes.

Essa filtragem de sinais em dendritos distais, dependente do histórico de disparos, pode funcionar como uma comporta dinâmica, regulando quando e onde a plasticidade sináptica é acionada. Em essência, a atividade recente de um neurônio determina com que intensidade os sinais subsequentes influenciam suas próprias regras de aprendizado — um mecanismo que pode estar na base da plasticidade dependente de bursts, um dos principais modelos para explicar como as sinapses se fortalecem durante o aprendizado.

Para a pesquisa em saúde cerebral e longevidade cognitiva, esses achados são relevantes porque as regras de plasticidade governam a formação de memórias, o aprendizado e o reparo neural. Alterações na sinalização dendrítica estão implicadas na doença de Alzheimer e em outras condições neurodegenerativas. Este trabalho oferece uma nova base técnica para estudar essas alterações em nível celular em tecido vivo.