Observar como as células cerebrais se comportam durante a aprendizagem
Nova técnica investiga a atividade das células nervosas vivas
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Os investigadores do Instituto de Fisiologia Carl Ludwig da Universidade de Leipzig, em colaboração com a Universidade Johns Hopkins, nos EUA, conseguiram um importante avanço na investigação do cérebro. A chamada técnica "zap-and-freeze", que permite visualizar os processos de transmissão de sinais entre as células nervosas em milissegundos, foi agora aplicada com êxito, pela primeira vez, a cortes cerebrais agudos de ratinhos e de seres humanos. Isto permitirá, no futuro, investigar como as células nervosas adaptam a sua transmissão de sinais enquanto estão activas - por outras palavras, como a libertação de neurotransmissores e a plasticidade dos processos das células nervosas, as chamadas sinapses, se alteram durante a aprendizagem. Os resultados foram publicados na famosa revista científica Neuron.
Utilizando a técnica "zap-and-freeze", as células nervosas são estimuladas eletricamente e depois rapidamente congeladas apenas alguns milissegundos mais tarde. Este método permite captar os movimentos dos componentes celulares para observação ao microscópio eletrónico. Num estudo recentemente publicado, uma equipa de investigação internacional liderada pelo Instituto Carl Ludwig de Fisiologia da Universidade de Leipzig demonstrou que esta nova técnica também funciona em tecido cerebral intacto de ratos e humanos.
Os investigadores começaram por examinar amostras de cérebros de ratinhos. Utilizando o método zap-and-freeze, estimularam as células nervosas e observaram como as pequenas vesículas - minúsculos sacos ligados à membrana - são recicladas para a comunicação neuronal após a libertação de neurotransmissores. Em cérebros saudáveis, as vesículas sinápticas ajudam a transmitir informações de uma célula para outra - um processo que é crucial para o processamento de informações, a aprendizagem e a formação da memória.
Os investigadores aplicaram depois o mesmo método ao tecido cerebral humano e descobriram que o processo ocorre da mesma forma. Em ambos os casos, identificaram a proteína Dynamin1xA nos locais onde as vesículas são recicladas. Isto mostra que o mecanismo subjacente funciona essencialmente da mesma forma em ratinhos e humanos. "Assim, conseguimos, pela primeira vez, observar diretamente como a membrana celular do cérebro humano é rapidamente renovada após a libertação de neurotransmissores. Com este método, podemos, de certa forma, observar as células cerebrais enquanto aprendem. Este facto confirma a grande relevância dos organismos modelo para a investigação fundamental em neurociência", afirma a Dra. Kristina Lippmann do Instituto de Fisiologia Carl Ludwig da Universidade de Leipzig, autora correspondente do estudo.
Base para investigação futura
A experiência em microscopia de dois fótons e eletrofisiologia no Instituto Carl Ludwig desempenhou um papel crucial no estudo. Os investigadores de Leipzig adaptaram o método "zap-and-freeze" para utilização com fatias de cérebro. Entre outros resultados, a Dra. Lippmann e a sua equipa descobriram que a técnica é ideal para a estimulação orientada de fibras nervosas alinhadas com o campo elétrico, como as fibras paralelas no cerebelo. Os investigadores demonstraram também que esta abordagem pode induzir plasticidade pré-sináptica a curto prazo - um mecanismo fundamental subjacente aos processos de aprendizagem no cérebro.
No futuro, a técnica zap-and-freeze será utilizada para investigar mais pormenorizadamente os mecanismos da plasticidade pré-sináptica de curto prazo no córtex cerebelar. Esta região desempenha um papel central no controlo motor e fornece informações sobre o funcionamento do cérebro de aprendizagem - desde o desenvolvimento até às alterações patológicas e relacionadas com a idade.
O estudo atual baseia-se numa publicação anterior na Nature Neuroscience, na qual o método zap-and-freeze foi testado pela primeira vez em células nervosas em cultura. A colaboração entre a Universidade de Leipzig e a famosa Universidade Johns Hopkins começou durante uma estadia de investigação da Dr.ª Kristina Lippmann nos Estados Unidos, onde conheceu o Professor Shigeki Watanabe, um dos criadores da técnica zap-and-freeze.
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