Pesquisadores do laboratório de Carlos Lois, professor pesquisador de biologia na Caltech, usam pequenos pássaros chamados tentilhões-zebra para estudar como os cérebros se reconectam para recuperar a funcionalidade essencial após danos. Num novo artigo, eles descobrem que os tentilhões-zebra podem readquirir a capacidade de cantar após danos cerebrais semelhantes aos das vítimas de AVC – mas sem prática.

“Imagine um pianista que sofre algum tipo de dano cerebral e não consegue tocar piano”, diz Lois. "Mas um dia, eles acordam e podem brincar de novo de repente. De alguma forma, seu cérebro foi capaz de se reconectar e acessar a capacidade de brincar sem qualquer prática. Isso é o que encontramos nos pássaros canoros."

O novo estudo aparece na revista Nature Neuroscience em 29 de abril.

Os tentilhões-zebra não nascem com canções individuais únicas; eles aprendem sua música ouvindo o pai cantar e continuam cantando a mesma música por toda a vida. Embora tenham uma predisposição inata para aprender cantos, os tentilhões-zebra não aprendem o canto de outra espécie, mesmo que o ouçam quando são pássaros jovens. Em outras palavras, o cérebro do tentilhão está programado para prestar atenção e copiar um conjunto específico de sons específicos da espécie.

O novo estudo examinou tentilhões machos adultos que já haviam aprendido suas próprias canções. Os pesquisadores se concentraram na região do cérebro que codifica a capacidade de cantar, chamada centro vocal agudo, ou HVC. Esta área é crítica para a produção do canto do pássaro, controlando as sílabas do canto e a ordem em que são produzidas. No estudo, a equipe silenciou geneticamente cerca de 70 por cento dos neurônios no HVC, deixando todos os outros neurônios no canto do pássaro. cérebro intocado. Quando os animais tentaram cantar, suas canções ficaram dramaticamente degradadas e não soavam em nada como as originais.

Assim que foi confirmado que o canto estava totalmente degradado, os pássaros ficaram em silêncio por 10 dias. Após esse período, os tentilhões-zebra puderam cantar novamente e, de repente, recuperaram a capacidade de cantar corretamente, como se nada tivesse acontecido. É importante ressaltar que durante o período de silêncio, os pássaros não ouviam nenhum outro canto ou som, o que significa que não estavam reaprendendo um canto - em vez disso, os pássaros foram capazes de religar seus próprios cérebros para poder acessar a memória de seu canto original, usando apenas os 30% restantes de neurônios no HVC.

Os investigadores levantam a hipótese de que, embora os animais não cantassem enquanto estavam acordados, eles podem ter “sonhado” com as suas canções enquanto dormiam, permitindo que os seus cérebros se reconectassem. Da mesma forma que nossos sonhos imitam nossas experiências quando estamos acordados, os cérebros dos pássaros também experimentam a “repetição do sono”. A equipe teoriza que o cérebro está essencialmente se corrigindo durante a chamada atividade offline.

Em seguida, os pesquisadores pretendem obter imagens da atividade cerebral dos tentilhões após a lesão genética enquanto os pássaros dormem. Isto permitirá à equipe observar padrões de atividade neuronal no HVC e determinar se a região está se religando durante o sono.

A natureza imutável das canções dos tentilhões-zebra durante longos períodos de tempo torna-os um sistema modelo poderoso para a compreensão de como o cérebro produz comportamento. Como a música é idêntica sempre que cantada, os pesquisadores podem identificar correlações precisas entre atividade cerebral e comportamento, e detectar diferenças mínimas. Outros sistemas modelo, como ratos, têm muito mais variação em seu comportamento (por exemplo, um rato nem sempre navega em um labirinto exatamente da mesma maneira).

Ainda restam muitas questões sobre o cérebro que Lois espera responder com os tentilhões como sistema modelo.

“A música original está armazenada em algum lugar do cérebro, e os animais de alguma forma conseguem acessá-la e usar essa informação para se reconectarem”, diz Lois. "Ninguém sabe realmente como armazenamos memórias no cérebro ou como as acessamos. Há tanta coisa que ainda é totalmente desconhecida sobre como o cérebro funciona."

O artigo é intitulado "Restauração não supervisionada de um comportamento aprendido complexo após perturbação neuronal em grande escala". Os principais autores do estudo são Bo Wang, pesquisador associado sênior de pós-doutorado em biologia e engenharia biológica; ex-aluna de pós-graduação Zsofia Torok (PhD '23); e Alison Duffy, da Universidade de Washington. Outros coautores do Caltech são a ex-técnica de pesquisa Shelyn Wongso e o ex-bolsista de pós-doutorado Tarciso Velho. Outros coautores são David Bell e Adrienne Fairhall, da Universidade de Washington. O financiamento foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde. Carlos Lois é membro do corpo docente afiliado do Instituto Tianqiao e Chrissy Chen de Neurociência da Caltech.