Saúde

Os pesquisadores identificam uma classe de neurônios que são mais ativos durante o sono não REM
Curiosamente, a equipe descobriu que esses neurônios específicos são mais ativos durante o estado DOWN do sono não REM (NREM), quando todos os outros tipos de neurônios estão em silêncio
Por Ingrid Fadelli - 16/03/2021


Registro de amostra mostrando os potenciais de ação de uma célula ativa no estado DOWN (em pontos pretos) aumentando durante o estado DOWN (traços cinza claro) do sono NREM, flanqueado pelo potencial de ação das células piramidais (pontos vermelhos) e outros interneurônios inibitórios (azul pontos). Uma seção histológica do cérebro à esquerda mostra o trato da posição do eletrodo em todas as camadas corticais. (a histologia pode não ser importante). Crédito: Valero et al

Normalmente, as células piramidais e os interneurônios GABAérgicos no cérebro são ativados simultaneamente. Uma equipe de neurocientistas da Universidade de Nova York, no entanto, identificou recentemente uma classe única de neurônios que não disparam ao mesmo tempo que todos os neurônios, células e interneurônios principais. Curiosamente, a equipe descobriu que esses neurônios específicos são mais ativos durante o estado DOWN do sono não REM (NREM), quando todos os outros tipos de neurônios estão em silêncio.

"Como costuma acontecer na ciência, nossa descoberta foi um verdadeiro acaso", disse György Buzsáki, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao MedicalXpress. "Ao coletar gravações do sono em camadas profundas do córtex, observamos que picos de alguns neurônios raros ocasionalmente ocorriam durante as épocas de sono do chamado 'estado DOWN'. Nenhum neurônio deveria fazer tal coisa, como é conhecido o estado DOWN ( e identificado por) por seu silêncio neuronal completo (falta de picos). "

O neocórtex, um conjunto de camadas em uma região do cérebro chamada córtex cerebral, é reiniciado milhares de vezes todas as noites a partir do estado transitório (50-300 ms de duração) PARA BAIXO. Em seu estudo, Buzsáki e seus colegas identificaram uma classe de neurônios que parecem ser mais ativos quando todos os outros neurônios (ou seja, neurônios piramidais excitatórios e neurônios inibitórios) estão em silêncio, no estado DOWN, durante os estágios NREM do sono. Em seus experimentos de acompanhamento, eles mostraram que esses neurônios são células em forma de neuroglia encontradas nas camadas mais profundas do neocórtex, que expressam especificamente genes conhecidos como ID2 e Nkx2.1.

Quando eles examinaram essa classe de neurônios com mais profundidade, Buzsáki e seus colegas observaram que eles tinham uma relação totalmente antagônica com todos os outros tipos conhecidos de neurônios em todos os estados de vigília (ou seja, quando os mamíferos estão acordados e dormindo). Isso sugere que esses neurônios podem ter uma função única que os diferencia de todas as outras células do cérebro.

"A razão pela qual nem nós nem outros vimos esses neurônios antes é que eles são muito raros e requerem métodos para registrar grandes conjuntos de neurônios em animais que se comportam", explicou Buzsáki. "Em várias gravações de atividade cerebral coletadas de animais, não encontramos nenhum, um e raramente dois ou mais desses neurônios entre as centenas que pesquisamos. Dada a novidade e a suspeita de importância desses neurônios, Manuel Valero, um pós-doutorado em nosso grupo, decidiu fazer um experimento em larga escala, examinando todos os tipos de interneurônios conhecidos, cuja identidade molecular permitia sua identificação em um animal se comportando / dormindo. "

Inicialmente, Valero examinou um grupo de células chamadas neurônios que expressam óxido nítrico (nNOSs), já que descobertas anteriores sugerem que a molécula volátil de óxido nítrico desempenha um papel fundamental no aumento das ondas cerebrais lentas durante o sono NREM. Curiosamente, eles descobriram que uma fração muito pequena de nNOSs disparou durante os estados DOWN do sono NREM.

Reconstrução tridimensional de soma, dendritos e arborização axonal de um neurônio
lD2 / Nkx2.1 intracelularmente preenchido. Crédito: Valero et al.

"Um dia, quando estávamos no elevador do prédio de ciências de nossa universidade, estávamos conversando com um colega que mencionou que eles estavam trabalhando em um grupo incomum de células de forma neuroglia em camadas corticais profundas, o que pode ser importante porque apenas este grupo interneurônio aumenta desproporcionalmente em o cérebro dos primatas ", disse Buzsáki. "Este colega os chamou de ID2 / Nkx2.1, um pequeno subgrupo da família nNOS. No final da viagem de elevador, concordamos em uma colaboração."
 
Manuel Valero mostrou então que, quando um canal sensível à luz era expresso por essa classe única de interneurônios, a luz brilhante sobre eles por lâmpadas LED microscópicas do tamanho de neurônios revelava sua identidade.

A informação mais importante que os investigadores aprenderam é que quase todos os neurônios que expressam ID2 / Nkx2.1 estavam ativos especificamente durante os estados DOWN de sono não REM. Essa descoberta pode ter implicações importantes, pois sugere que esses neurônios têm funções fisiológicas cruciais relacionadas à atividade do cérebro dos mamíferos quando os mamíferos ou outros humanos estão dormindo.

"Descobrir um novo tipo de neurônio no cérebro é um evento raro", disse Buzsáki. "Descobrir um neurônio cuja atividade é antagônica de todas as maneiras possíveis a todos os outros neurônios conhecidos é realmente inesperado, quase como encontrar um cão que fala inglês. Todos os outros interneurônios testados inibiram nossos neurônios ativos no estado DOWN. Eles podem ser essenciais para ajustar a duração dos estados de silêncio e afetando a sequência de recrutamento das células piramidais quando elas se reiniciam do estado de silêncio, como nosso estudo mostrou. "

Além de identificar essa classe de neurônios que é particularmente ativa nos estados DOWN do sono NREM, Buzsáki e seus colegas mostraram que sua ativação artificial interfere no aumento da memória auxiliado pelo sono. Embora as evidências que coletaram possam não ser substanciais o suficiente para especular sobre todo o repertório funcional desses neurônios, sua interação incomum com outras células cerebrais sugere seu possível envolvimento em uma variedade de diferentes computações neurais. Novos trabalhos examinando esses neurônios podem ajudar a entender melhor suas funções, talvez desvelando seu papel em processos fisiológicos muito específicos.

"Em nossos próximos estudos, planejamos nos concentrar em uma série de questões de pesquisa, como a ativação / inativação dos neurônios que identificamos afetará a estrutura do sono? Eles têm tipos de receptores especiais que podem ser seletivamente direcionados por drogas? O que eles fazem quando eles aumentam durante a vigília? Eles estão presentes com a mesma proporção em cada região cortical ou são enriquecidos em algumas áreas? E, finalmente, por que esses neurônios são mais comuns no cérebro humano? "

 

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