O que ratos adormecidos revelam sobre como nossa memória funciona

O que é memóriaE quanta memória temos? Quando esquecemos algo, é porque uma nova memória “substituiu” uma memória existente ou estabelecida?

O personagem animado Homer Simpson, da série de televisão americana Os SimpsonsCertamente eu acreditava nisso.

“Toda vez que aprendo algo novo, ele empurra algumas coisas antigas para fora do meu cérebro”, ele diz à esposa, Marge, em um episódio particularmente memorável. “Lembra quando eu fiz o curso de vinho em casa e esqueci como dirigir?”

Mas os instintos de Homer não estão tão longe da realidade quanto poderíamos imaginar. Há um fenômeno conhecido como “esquecimento catastrófico”, no qual o processo de consolidar novas informações interfere ou “apaga” a memória existente.

Algo semelhante pode ser observado em redes neurais digitais que alimentam o inteligência artificial (IA), que são modelados com base no cérebro humano, mas geralmente têm dificuldade em incorporar novos conjuntos de dados no aprendizado existente.

Normalmente, nossos cérebros são melhores nisso, mas não entendemos bem o porquê.

Pesquisadores da Universidade de Cornell, eles acreditam que fizeram um avanço para entender como nosso cérebro gera memórias – e afirmam que suas descobertas podem ser usadas um dia não apenas para melhorar a inteligência artificial, mas também para combater doenças cerebrais degenerativas, como a Alzheimer.

Tudo isso se resume ao que eles podiam ver através dos olhos dos ratos adormecidos.

Janela para o cérebro

A equipe, cujo artigo de pesquisa foi publicado no início deste mês na revista Nature, descobriu que os ratos parecem evitar a interferência no processamento de memórias novas e estabelecidas em diferentes estágios do ciclo de dormir.

“É a primeira vez que sabemos algo tão específico quanto o tipo de memória que o cérebro está consolidando ao olhar para os olhos”, disse o principal autor do estudo, Azahara Oliva, à BBC.

Os ratos são assuntos ideais para esse tipo de experimento, porque, no momento em que estão dormindo, seus olhos estão parcialmente abertos, o que oferece aos cientistas uma janela para o cérebro.

Quando os ratos dormem, seus alunos encolhem repetidamente por cerca de um minuto e depois retornam ao tamanho maior original.

O que os cientistas descobriram foi que o cérebro do mouse estava trabalhando em diferentes tarefas em cada fase do sono.

Quando os alunos são grandes, o cérebro está preservando memórias mais antigas, explica Oliva e está incorporando novas memórias quando os alunos são pequenos. A equipe acredita que esse sistema de duas fases é uma “solução possível para esse problema de como o cérebro pode incorporar novos conhecimentos, mas também manter o conhecimento antigo intacto”.

Camundongos modificados transgelalmente

Essas percepções são possíveis porque os ratos marrons usados ​​em experimentos (que são considerados mais inteligentes que os brancos) têm neurônios geneticamente modificados (células cerebrais) que respondem à luz.

“Os próprios ratos são modificados transgenicamente, de modo que expressam uma proteína artificial em suas células cerebrais”, diz o principal autor do artigo, Antonio Fernandez Ruiz.

“Quando inserimos uma fibra óptica no cérebro, com uma quantidade muito pequena de luz, podemos fazer esses neurônios atirarem – podemos ativar, como você quiser, células cerebrais específicas”, diz Hongyu Chang, que também é um autor o estudo. Isso permite que os pesquisadores acionem ou forneçam o processo de consolidação de memória usando equipamentos especiais projetados pela equipe.

Os ratos usam um capacete especial com uma câmera e um espelho para que os cientistas possam observar o aluno e saber em que estado de dormir o mouse é. Assim, o cérebro pode ser estimulado apenas no período necessário, quando a pupila é grande ou pequena.

Pequenos eletrodos implantados no cérebro permitem que os cientistas observem o processamento cerebral do mouse e interrompam sua capacidade de formar memórias.

O estudo de centenas de neurônios específicos informa os cientistas em que ordem eles estão disparando e, se essa ordem corresponde à ordem da experiência anterior, isso sugere que o mouse adormecido pode estar revisando um evento anterior e formando ou consolidando uma memória.

“Quando eu ando por uma sala, alguns neurônios disparam em uma ordem específica e, à noite, as mesmas células são reativadas novamente na mesma ordem para consolidar e estabilizar essas memórias”, explica Chang.

Mas o disparo de uma pequena quantidade de luz por meio de uma fibra óptica no neurônio geneticamente modificado do mouse adormecido interrompe esse processo.

Apagando a memória de um mouse

“Colocamos o animal em um labirinto de queijo – uma forma redonda com vários buracos”, diz Wenbo Tang, co -autor do relatório. “E um dos buracos tem essa recompensa oculta, que é açúcar”.

Os ratos aprendem um caminho para os doces, e os cientistas mapeiam o padrão no qual os neurônios disparam.

Ao definir uma segunda maneira diferente, eles podem diferenciar entre uma memória antiga estabelecida e uma formada naquele dia.

A equipe começou a ver se eles poderiam apagar memórias seletivas.

A equipe descobriu que, quando suprimiam os neurônios da memória, na pequena fase do sono da pupila, os ratos que haviam acabado de aprender a encontrar tratamentos, não conseguiram encontrar o tratamento novamente quando acordaram.

No entanto, quando eles fizeram isso durante a fase mais dilatada da pupila do sono, os ratos foram direto ao tratamento. Eles conseguiram se lembrar do caminho, indicando que o processo de formação de memória durante o sono não havia sido interrompido.

Os cientistas foram capazes de monitorar a atividade cerebral e sabiam, portanto, que a maior parte da reprodução de experiências cerebrais recentes estava ocorrendo quando o aluno era pequeno. Com base em experimentos anteriores, eles acreditam que o outro estágio do sono, com a pupila maior, tem uma função diferente: reforçando as memórias existentes.

Isso levou a equipe a concluir que, pelo menos em ratos, o cérebro separa as duas tarefas de processamento de novas memórias e consolidação dos existentes, o que provavelmente os impede de interferir um no outro.

Ajuda com Alzheimer, trauma e inteligência artificial

Sabemos como o sono é importante para o processo de formação de memória, e este estudo sugere que o que acontece no cérebro durante as diferentes fases é importante para evitar problemas com a criação e o estabelecimento de memórias.

A equipe acredita que, como em muitos outros casos, suas descobertas em ratos também serão relevantes para os seres humanos: os ratos também são mamíferos e compartilham muitas semelhanças genéticas e processos biológicos com seres humanos, além de desafios e necessidades ambientais.

Se pudermos ajudar o cérebro humano a evitar confusão entre memórias existentes e novas, podemos encontrar maneiras de tratar várias condições. “

“Achamos que é isso que está acontecendo com o envelhecimento Natural, e talvez com doenças neurodegenerativas, como a de Alzheimer “, diz Fernandez Ruiz

“Você pode ter uma memória que deseja excluir especificamente, como no caso de pessoas que sofrem de transtorno de estresse pós -traumático (TEPT) ou tipos de memória prejudiciais”, acrescenta Oliva. Ela sugere que, no futuro, podemos interferir no sono durante a consolidação dessa memória específica ou experiência traumática.

A pesquisa também pode ajudar a inteligência artificial a aprender muitas tarefas semelhantes, assim como o cérebro humano.

“Quando você pede que um sistema de inteligência artificial faça alguma coisa, pode fazê -lo muito bem, até superando os seres humanos. Mas quando você pede ao nosso sistema de IA para fazer muitas coisas, isso é um desafio”, diz Tang.

“Se eu treinar uma nova rede neural artificial para reconhecer uma imagem – um gato, por exemplo – será incrível”, acrescenta Hongyu Chang.

“Mas e se eu quiser que ela aprenda algo novo, por exemplo, (identifique) um cachorro? Você terá que treiná -la novamente, porque esse novo conjunto de dados se destacará o antigo. Ela se lembrará do cachorro, mas você esquecerá o gato.

Em geral, diz Tang, “este estudo lida com como o sono pode nos ajudar a melhorar as memórias da loja” e isso pode ajudar a melhorar a saúde humana.

Mas talvez não ajude Homer Simpson, cuja incapacidade de dirigir depois de um curso de fabricação de vinhos tinha pouco a ver com as fases do sono.

“É porque você estava bêbado”, explica Marge.