Usando uma nova sonda para ressonância magnanãtica funcional (fMRI), os engenheiros biola³gicos do MIT criaram uma maneira de monitorar populações individuais de neura´nios e revelar como eles interagem entre si.

Semelhante a  forma como as engrenagens de um rela³gio interagem de maneiras especa­ficas para girar os ponteiros do rela³gio, diferentes partes do cérebro interagem para realizar uma variedade de tarefas, como gerar comportamento ou interpretar o mundo ao nosso redor. A nova sonda de ressonância magnanãtica poderia permitir aos cientistas mapear essas redes de interações.

“Com fMRI regular, vemos a ação de todas as engrenagens de uma são vez. Mas com nossa nova técnica, podemos pegar engrenagens individuais que são definidas por sua relação com as outras engrenagens, e isso éfundamental para construir uma imagem do mecanismo do cérebro”, diz Alan Jasanoff, professor de engenharia biológica do MIT. cérebro e ciências cognitivas, e ciência e engenharia nuclear.

Usando essa técnica, que envolve o direcionamento genanãtico da sonda de ressonância magnanãtica para populações especa­ficas de células em modelos animais, os pesquisadores conseguiram identificar populações neurais envolvidas em um circuito que responde a esta­mulos de recompensa. A nova sonda de ressonância magnanãtica também pode permitir estudos de muitos outros circuitos cerebrais, dizem os pesquisadores.

Jasanoff éo autor saªnior do estudo, que aparece hoje na Nature Neuroscience . Os principais autores do artigo são Souparno Ghosh, recanãm-doutor do MIT, e o ex-cientista do MIT Nan Li.

A imagem tradicional de fMRI mede as alterações no fluxo sangua­neo no cérebro, como um proxy para a atividade neural. Quando os neura´nios recebem sinais de outros neura´nios, ele desencadeia um influxo de ca¡lcio, o que causa a liberação de um gás difusa­vel chamado a³xido na­trico. O a³xido na­trico atua em parte como um vasodilatador que aumenta o fluxo sangua­neo para a área.

A imagem de ca¡lcio diretamente pode oferecer uma imagem mais precisa da atividade cerebral, mas esse tipo de imagem geralmente requer produtos químicos fluorescentes e procedimentos invasivos. A equipe do MIT queria desenvolver um manãtodo que pudesse funcionar em todo o cérebro sem esse tipo de invasão.

“Se quisermos descobrir como as redes de células e os mecanismos cerebrais funcionam, precisamos de algo que possa ser detectado profundamente no tecido e, de preferaªncia, em todo o cérebro de uma são vez”, diz Jasanoff. “A maneira que escolhemos fazer isso neste estudo foi essencialmente sequestrar a base molecular da própria fMRI”.

Os pesquisadores criaram uma sonda genanãtica, entregue por va­rus, que codifica uma protea­na que envia um sinal sempre que o neura´nio estãoativo. Essa protea­na, que os pesquisadores chamaram de NOSTIC (a³xido na­trico sintase para direcionar o contraste da imagem), éuma forma projetada de uma enzima chamada a³xido na­trico sintase. A protea­na NOSTIC pode detectar na­veis elevados de ca¡lcio que surgem durante a atividade neural; ele então gera a³xido na­trico, levando a um sinal de fMRI artificial que surge apenas de células que contem NOSTIC.

A sonda éentregue por um va­rus que éinjetado em um local especa­fico, após o qual viaja ao longo de axa´nios de neura´nios que se conectam a esse local. Dessa forma, os pesquisadores podem rotular cada população neural que se alimenta de um local especa­fico.

“Quando usamos esse va­rus para entregar nossa sonda dessa maneira, isso faz com que a sonda seja expressa nas células que fornecem entrada para o local onde colocamos o va­rus”, diz Jasanoff. “Então, realizando imagens funcionais dessas células, podemos comea§ar a medir o que faz a entrada para essa regia£o ocorrer ou que tipos de entrada chegam a essa regia£o”.

No novo estudo, os pesquisadores usaram sua sonda para rotular populações de neura´nios que se projetam para o estriado, uma regia£o envolvida no planejamento do movimento e na resposta a  recompensa. Em ratos, eles foram capazes de determinar quais populações neurais enviam informações para o corpo estriado durante ou imediatamente após um esta­mulo recompensador osneste caso, estimulação cerebral profunda do hipota¡lamo lateral, um centro cerebral envolvido no apetite e motivação, entre outras funções .

Uma pergunta que os pesquisadores tiveram sobre a estimulação cerebral profunda do hipota¡lamo lateral équanto amplos são os efeitos. Neste estudo, a equipe do MIT mostrou que várias populações neurais, localizadas em regiaµes como o cortex motor e o cortex entorrinal, que estãoenvolvido na memória, enviam informações para o corpo estriado após estimulação cerebral profunda.

“Nãoésimplesmente a entrada do local da estimulação cerebral profunda ou das células que transportam dopamina. Existem esses outros componentes, tanto distal quanto localmente, que moldam a resposta, e podemos colocar o dedo sobre eles por causa do uso desta sonda”, diz Jasanoff.

Durante esses experimentos, os neura´nios também geram sinais regulares de fMRI, então, para distinguir os sinais que vão especificamente dos neura´nios geneticamente alterados, os pesquisadores realizam cada experimento duas vezes: uma vez com a sonda ligada e uma vez após o tratamento com uma droga que inibe A sonda. Ao medir a diferença na atividade de fMRI entre essas duas condições, eles podem determinar quanta atividade estãopresente especificamente nas células contendo sonda.

Os pesquisadores agora esperam usar essa abordagem, que eles chamam de hemogenanãtica, para estudar outras redes no cérebro, comea§ando com um esfora§o para identificar algumas das regiaµes que recebem informações do corpo estriado após a estimulação cerebral profunda.

“Uma das coisas empolgantes sobre a abordagem que estamos introduzindo éque vocêpode imaginar aplicar a mesma ferramenta em muitos locais do cérebro e montar uma rede de engrenagens interligadas, que consistem nessas relações de entrada e saa­da”, Jasanoff diz. “Isso pode levar a uma ampla perspectiva de como o cérebro funciona como um todo integrado, noníveldas populações neurais”.

A pesquisa foi financiada pelo National Institutes of Health e pelo MIT Simons Center for the Social Brain.