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Cientistas descobrem o mecanismo do cérebro para cantar, aprender
Uma nova pesquisa revela que as células especializadas dentro do circuito neural que desencadeia a aprendizagem complexa em pássaros canoros tem uma semelhança impressionante com um tipo de célula neural associada ao desenvolvimento de habilidade
Por Oregon Health & Science University - 19/11/2021


Domínio público

Uma nova pesquisa revela que as células especializadas dentro dos circuitos neurais que desencadeiam o aprendizado complexo em pássaros canoros têm uma semelhança impressionante com um tipo de célula neural associada ao desenvolvimento de habilidades motoras finas no córtex do cérebro humano.

O estudo realizado por cientistas da Oregon Health & Science University publicado hoje na revista Nature Communications .

"Estas são as propriedades de que você precisa se quiser ter um canto masculino que seja preciso e distinto, para que a fêmea possa escolher com qual pássaro deseja acasalar", disse o coautor Henrique von Gersdorff, Ph.D., cientista sênior da OHSU Vollum Institute. "Você precisa de um cérebro altamente especializado para produzir isso."

Benjamin Zemel, Ph.D., um pós-doutorado na OHSU, é o autor principal e conduziu a maior parte do trabalho desafiador de eletrofisiologia envolvido no uso de fatias finas do cérebro e registro de célula única.

O estudo revela que um determinado grupo de neurônios expressa um conjunto de genes que modulam as proteínas do canal de íons de sódio. Esses canais iônicos geram sinais elétricos usados ​​para a comunicação entre as células do sistema nervoso. Nesse caso, a montagem permite que os neurônios disparem picos repetitivos - conhecidos como potenciais de ação - em velocidades e frequências extremamente altas enquanto o pássaro canta.

O estudo descreve "picos ultrarrápidos" que duram apenas 0,2 milissegundos - em comparação com a maioria dos picos de potencial de ação que duram um milissegundo ou mais. Um milissegundo é em si extremamente rápido, um milésimo de segundo.

Além disso, as descobertas sugerem novos caminhos para a compreensão do mecanismo em vários aspectos do comportamento e desenvolvimento humano que envolve o controle motor fino.

Os pesquisadores dizem que a montagem de neurônios e canais iônicos envolvidos no canto do tentilhão-zebra macho se assemelha a uma montagem semelhante de neurônios conhecida como células de Betz no córtex motor primário do cérebro humano.

Entre as maiores células cerebrais conhecidas em humanos, as células Betz têm axônios longos e grossos que podem propagar picos em velocidades e frequências muito altas. Como tal, são considerados importantes para as habilidades motoras finas envolvendo mãos, pés, dedos e pulsos.

"Pense em um pianista", disse o coautor Claudio Mello, MD, Ph.D., professor de neurociência comportamental na Escola de Medicina OHSU. "Eles estão pensando tão rápido que precisam confiar em memórias e ações que são aprendidas e armazenadas. Tocar violão é a mesma coisa."

O estudo divulgado hoje é resultado de uma conversa informal que ocorreu inicialmente durante um almoço no Mackenzie Hall Café, no campus Marquam Hill da OHSU.

Mello, um neurocientista comportamental que confiou no tentilhão-zebra como modelo animal, conhece Von Gersdorff socialmente há 20 anos. Certo dia, durante o almoço no refeitório, Mello abriu seu laptop e mostrou a imagem do cérebro de um jovem tentilhão-zebra com uma idade pouco antes de começar a cantar, seguida por uma segunda imagem revelando uma subunidade reveladora de proteínas que se materializou após o pássaro tinha idade suficiente para começar a cantar.

"Algo notável estava acontecendo em um período de apenas alguns dias", disse von Gersdorff, especialista em eletrofisiologia e biofísica de neurônios. "Eu disse que esta é exatamente a proteína que estivemos estudando no sistema auditivo de roedores. Ela promove picos de alta frequência."

Mello disse que o novo estudo aprofunda a compreensão científica do mecanismo envolvido no aprendizado de habilidades motoras finas.

“Este é um modelo muito importante e achamos que este novo estudo tem amplo potencial”, disse ele.

O fato de essas mesmas propriedades do circuito motor serem compartilhadas por espécies que divergiram há mais de 300 milhões de anos mostra a força da descoberta, disseram von Gersdorff e Mello. Os pesquisadores dizem que as propriedades neuronais que descobriram no tentilhão-zebra macho podem ser otimizadas para velocidade e precisão por meio da evolução convergente.

Também sugere mecanismos que podem estar envolvidos quando a conexão dá errado. Von Gersdorff disse que é possível que algumas mutações genéticas que afetam essas células Betz possam causar efeitos relativamente leves, como a gagueira, que pode ser superada pelo aprendizado, enquanto outras mutações podem ter efeitos mais pronunciados, como aquelas envolvidas em doenças progressivas, como a esclerose lateral amiotrófica ou ALS.

 

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