Pesquisadores do Centro Médico da Universidade de Georgetown identificaram maneiras pelas quais o sistema de aprendizagem do cérebro pode mudar com base na atividade de proteínas específicas. A sua investigação mostra que quando esta proteína se torna mais ou menos activa, a capacidade de ligar sinais a resultados gratificantes pode ser aumentada ou diminuída. Este processo ajuda a determinar se o cérebro responde a sinais que levam a um comportamento positivo ou ignora sinais associados a hábitos prejudiciais, incluindo aqueles associados ao vício de fumar.
“Nossa capacidade de associar certos sinais ou estímulos a experiências positivas ou gratificantes é um processo cerebral fundamental, mas em muitas condições, como dependência, depressão e esquizofrenia, essa capacidade é interrompida”, disse Alexey Ostrumov, Ph.D., professor assistente do Departamento de Farmacologia e Fisiologia da Escola de Medicina da Universidade de Georgetown e autor sênior do estudo. “Por exemplo, o abuso de drogas pode causar alterações na proteína KCC2 que é crítica para a aprendizagem normal. Ao interferir neste mecanismo, as substâncias viciantes podem sequestrar o processo de aprendizagem.”
O estudo foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) e publicado em 9 de dezembro em comunicações da natureza.
Como o KCC2 molda a atividade da dopamina e recompensa a aprendizagem
A equipe descobriu que quando os níveis de proteína KCC2 mudam, a capacidade de aprendizagem também muda. Quando os níveis de KCC2 são reduzidos, os neurônios dopaminérgicos disparam mais rapidamente, promovendo a formação de novas associações de recompensa. Esses neurônios dopaminérgicos produzem e liberam dopamina, um neurotransmissor crítico para motivação, processamento de recompensas e controle motor.
Para compreender melhor esta relação, os investigadores estudaram o tecido cerebral dos roedores e monitorizaram o comportamento dos ratos durante um teste pavloviano de estímulo-recompensa. Nestes experimentos clássicos, um breve som alerta os ratos sobre a chegada de um cubo de açúcar. Além de analisar como o KCC2 afeta a taxa de disparo dos neurônios, os pesquisadores também descobriram que os neurônios que disparam em padrões coordenados podem amplificar a atividade da dopamina de maneiras surpreendentes. Breves explosões de dopamina parecem servir como sinais de aprendizagem eficazes, ajudando o cérebro a atribuir significado e valor às experiências partilhadas.
Por que as dicas do dia a dia desencadeiam desejos
“Nossas descobertas ajudam a explicar por que é tão fácil formar associações fortes e indesejáveis, como um fumante que sempre bebe café e um cigarro pela manhã e mais tarde descobre que apenas beber café desencadeia um forte desejo de fumar”, observou Ostrumov. “Prevenir associações relativamente benignas induzidas por drogas com situações ou lugares, ou restaurar mecanismos de aprendizagem saudáveis, poderia ajudar a desenvolver melhores tratamentos para a dependência e doenças relacionadas”.
Como o diazepam e outras drogas afetam a coordenação neuronal
Os pesquisadores também investigaram se medicamentos que atuam em receptores celulares específicos, incluindo benzodiazepínicos como o diazepam, poderiam alterar o processo de aprendizagem. As primeiras pesquisas sugerem que alterações na produção de KCC2, juntamente com alterações na atividade neuronal, podem alterar a forma como o diazepam (Valium) produz os seus efeitos sedativos no cérebro. O estudo atual acrescenta outra camada a esse entendimento, mostrando que os neurônios fazem mais do que apenas aumentar ou diminuir a atividade. Eles podem coordenar seus padrões de disparo e, quando essa coordenação ocorre, podem transmitir informações com mais eficiência. A equipe descobriu que o diazepam poderia apoiar esta atividade coordenada em experimentos.
Métodos e importância do uso de ratos para testes comportamentais
“Para chegar às nossas conclusões, combinamos muitos métodos experimentais, incluindo eletrofisiologia, farmacologia, fotometria de fibras, comportamento, modelagem computacional e análises moleculares”, disse a primeira autora do estudo, Joyce Woo, estudante de doutorado no laboratório de Ostrumov.
Ela explicou que os ratos foram escolhidos para estudar o comportamento em parte porque geralmente apresentam desempenho mais consistente do que os ratos ao realizar tarefas mais longas e complexas. Sua confiabilidade em experimentos de aprendizagem por recompensa permite que a equipe de pesquisa colete dados mais estáveis e informativos.
Implicações mais amplas para doenças cerebrais e estratégias de tratamento
“Acreditamos que estas descobertas vão além da pesquisa básica de aprendizagem”, disse Ostrumov. “Eles revelam novas maneiras pelas quais o cérebro regula a comunicação entre os neurônios. Como essa comunicação pode dar errado em diferentes doenças cerebrais, esperamos que, ao prevenir essas interrupções ou ao reparar a comunicação normal quando ela está danificada, possamos ajudar a desenvolver melhores tratamentos para várias doenças cerebrais.”
Outros colaboradores da Universidade de Georgetown incluem Ajay Uprety, Daniel Reid, Irene Chang, Aelon Ketema Samuel, Helena de Carvalho Schuch e Caroline C Swain.
Ostrumov e seus coautores relatam que não têm interesses financeiros pessoais relacionados a este estudo.
Este trabalho foi apoiado pelas bolsas do NIH MH125996, DA048134, NS139517, DA061493 e bolsas da Brain and Behavior Research Foundation, da Whitehall Foundation e da Brain Research Foundation.
