Acoplamento citoelétrico: campos elétricos finos

Sep 24, 2023

Resumo: Os cientistas apresentam uma hipótese apelidada de "Acoplamento citoelétrico", sugerindo que os campos elétricos dentro do cérebro podem manipular componentes subcelulares neuronais, otimizando a estabilidade e a eficiência da rede. Eles propõem que esses campos permitam que os neurônios sintonizem a rede de processamento de informações até o nível molecular.

Comparativamente, esse processo é semelhante a famílias que organizam sua configuração de TV para uma experiência de visualização ideal. A teoria, aberta para testes, pode melhorar significativamente nossa compreensão do funcionamento interno do cérebro.

Fatos principais:

Fonte:Instituto Picower para Aprendizagem e Memória

Para produzir suas muitas funções, incluindo o pensamento, o cérebro trabalha em muitas escalas. Informações como objetivos ou imagens são representadas por atividade elétrica coordenada entre redes de neurônios, enquanto dentro e ao redor de cada neurônio uma mistura de proteínas e outras substâncias químicas executa fisicamente a mecânica de participação na rede.

Um novo artigo de pesquisadores do MIT, City-University of London e Johns Hopkins University postula que os campos elétricos da rede influenciam a configuração física dos componentes subcelulares dos neurônios para otimizar a estabilidade e a eficiência da rede, uma hipótese que os autores chamam de " Acoplamento citoelétrico."

"A informação que o cérebro está processando tem um papel no ajuste fino da rede até o nível molecular", disse Earl K. Miller, professor Picower no Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT, coautor do artigo em andamento. em Neurobiologia com o Professor Associado Dimitris Pinotsis do MIT e City — University of London, e o Professor Gene Fridman da Johns Hopkins.

"O cérebro se adapta a um mundo em mudança", disse Pinotsis. "Suas proteínas e moléculas também mudam. Elas podem ter cargas elétricas e precisam se equiparar aos neurônios que processam, armazenam e transmitem informações por meio de sinais elétricos. Interagir com os campos elétricos dos neurônios parece necessário."

Pensando em campos

Um dos principais focos do laboratório de Miller é estudar como as funções cognitivas de alto nível, como a memória de trabalho, podem emergir de maneira rápida, flexível e confiável da atividade de milhões de neurônios individuais.

Os neurônios são capazes de formar circuitos dinamicamente, criando e removendo conexões, chamadas sinapses, bem como fortalecendo ou enfraquecendo essas junções. Mas isso apenas forma um "roteiro" em torno do qual as informações podem fluir, disse Miller.

Os circuitos neurais específicos que representam coletivamente um pensamento ou outro, descobriu Miller, são coordenados pela atividade rítmica, mais coloquialmente conhecida como "ondas cerebrais" de diferentes frequências.

Ritmos "gama" rápidos ajudam a transmitir imagens de nossa visão (por exemplo, um muffin), enquanto ondas "beta" mais lentas podem levar nossos pensamentos mais profundos sobre essa imagem (por exemplo, "muitas calorias").

Devidamente cronometradas, rajadas dessas ondas podem levar a previsões, permitir escrever, reter e ler informações na memória de trabalho, mostrou o laboratório de Miller. Eles quebram quando a memória de trabalho também.

O laboratório relatou evidências de que o cérebro pode manipular distintamente os ritmos em locais físicos específicos para organizar ainda mais os neurônios para uma cognição flexível, um conceito chamado "Computação Espacial".

Outro trabalho recente do laboratório mostrou que, embora a participação de neurônios individuais nas redes possa ser inconstante e não confiável, as informações transportadas pelas redes das quais fazem parte são representadas de forma estável pelos campos elétricos gerais gerados por sua atividade coletiva.

Acoplamento citoelétrico

No novo estudo, os autores combinam esse modelo de atividade elétrica rítmica coordenando redes neurais com outras linhas de evidência de que os campos elétricos podem influenciar os neurônios no nível molecular.

Os pesquisadores, por exemplo, estudaram o acoplamento efático, no qual os neurônios influenciam as propriedades elétricas uns dos outros por meio da proximidade de suas membranas, em vez de confiar apenas nas trocas eletroquímicas entre as sinapses. Essa conversa cruzada elétrica pode afetar as funções neurais, incluindo quando e se eles disparam para retransmitir sinais elétricos para outros neurônios em um circuito.