Chickadees têm códigos de barras neurais exclusivos para memórias episódicas, dizem os pesquisadores

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Chapins de bico preto (Poécil atricapillus), pequenos passeriformes norte-americanos que vivem em florestas decíduas e mistas, têm memórias extraordinárias que podem recordar a localização de milhares de pedaços de comida para ajudá-los a sobreviver ao inverno. Agora, os cientistas da Instituto Zuckerman Mind Brain Behavior da Universidade de Columbia descobriram como os chapins conseguem se lembrar de tantos detalhes: eles memorizam cada local de comida usando a atividade das células cerebrais semelhante a um código de barras.

Chettih et al.  propõem que os animais recuperem memórias episódicas reativando códigos de barras do hipocampo.  Crédito da imagem: Chettih et al., doi: 10.1016/j.cell.2024.02.032.

Chettih e outros. propõem que os animais recuperem memórias episódicas reativando códigos de barras do hipocampo. Crédito da imagem: Chettih e outros., doi: 10.1016/j.cell.2024.02.032.

“Descobrimos que cada memória está marcada com um padrão único de atividade no hipocampo, a parte do cérebro que armazena memórias”, disse o Dr. Dmitriy Aronov, autor sênior do estudo.

“Chamamos esses padrões de ‘códigos de barras’ porque são rótulos extremamente específicos de memórias individuais – por exemplo, códigos de barras de dois caches diferentes não são correlacionados, mesmo que esses dois caches estejam próximos um do outro.”

“Há muitas descobertas em humanos que são totalmente consistentes com o mecanismo do código de barras”, acrescentou o Dr. Selmaan Chettih, primeiro autor do estudo.

Os cientistas sabem há décadas que o hipocampo do cérebro é necessário para a memória episódica, mas era muito mais difícil compreender exatamente como essas memórias eram codificadas.

Isso ocorre em parte porque, na maioria dos casos, é difícil saber o que um animal pode estar lembrando em um determinado momento.

Para contornar esse problema no novo estudo, o Dr. Aronov e seus colegas recorreram aos chapins.

Eles perceberam que os chapins ofereciam uma oportunidade única de estudar memórias episódicas porque os pássaros armazenam alimentos e precisam se lembrar de voltar para buscá-los mais tarde.

“Cada cache é um momento bem definido, evidente e facilmente observável durante o qual uma nova memória é formada”, disse o Dr.

“Ao focar nesses momentos especiais, fomos capazes de identificar padrões de atividade relacionada à memória que não haviam sido notados antes.”

Os pesquisadores tiveram que projetar arenas que permitissem o rastreamento detalhado e automatizado do comportamento enquanto os chapins armazenavam e recuperavam alimentos.

Eles também tiveram que desenvolver tecnologias para registros neurais densos e em grande escala em seus cérebros enquanto os pássaros se moviam livremente.

Suas gravações cerebrais durante o cache revelaram padrões de disparo muito esparsos e transitórios, semelhantes a códigos de barras, nos neurônios do hipocampo. Cada código de barras envolve apenas cerca de 7% das células do hipocampo.

“Quando um pássaro faz um cache, cerca de 7% dos neurônios respondem a esse cache. Quando um pássaro cria um cache diferente, um grupo diferente de 7% de neurônios responde”, disse o Dr.

Esses códigos de barras neurais ocorreram junto com a atividade convencional de neurônios no cérebro que são acionados em resposta a locais específicos, apropriadamente chamados de células locais.

Mas, curiosamente, os códigos de barras da memória episódica para locais de cache próximos uns dos outros não tinham nenhuma semelhança.

“Foi amplamente assumido que quando um animal forma uma nova memória, as células de lugar mudam”, disse o Dr. Aronov.

“Por exemplo, as células locais podem aumentar ou diminuir seu disparo perto do local de um cache.”

“Embora esta fosse a hipótese predominante, nossos dados não a apoiavam.”

“Parece que as células de lugar não representam informações sobre caches e, em vez disso, permanecem relativamente estáveis ​​​​como um chapim armazena e recupera alimentos no ambiente.”

“Em vez disso, as memórias episódicas são representadas por um padrão adicional de atividade – o código de barras – que coexiste com células locais.”

Os autores comparam os códigos de barras do hipocampo recém-descobertos a códigos hash de computador, que são padrões atribuídos como identificadores exclusivos para diferentes eventos.

Eles sugerem que os padrões semelhantes aos códigos de barras poderiam ser um mecanismo para a rápida formação e armazenamento de muitas memórias não interferentes.

“Talvez a maior questão pendente seja se e como os códigos de barras são usados ​​pelo cérebro para impulsionar o comportamento”, disse o Dr.

“Não está claro se os chapins ativam os códigos de barras e usam essas memórias de eventos de armazenamento de alimentos enquanto tomam decisões sobre o próximo destino, por exemplo.”

“Essas são questões que planejamos abordar em estudos futuros por meio de ambientes de laboratório mais complexos, nos quais registraremos a atividade cerebral enquanto as aves fazem escolhas sobre quais esconderijos de comida visitar.”

“Isso é o que poderíamos esperar se eles estivessem planejando recuperar um item em cache antes de realmente fazê-lo”, disse Chettih.

“Queremos identificar aqueles momentos em que um pássaro está pensando em um local, mas ainda não chegou lá, e ver se a ativação de um código de barras pode levar um pássaro a ir para um cache.”

“Também estamos ansiosos para saber se a tática de código de barras que descobriram nos chapins é amplamente utilizada entre outros animais, incluindo humanos. Essa pesquisa pode ajudar a esclarecer uma parte central da experiência humana.”

“Se você pensar sobre como as pessoas se definem, quem elas pensam que são, seu senso de identidade, então as memórias episódicas de eventos específicos são fundamentais para isso. É isso que estamos tentando entender.”

A papel sobre as descobertas foi publicado na revista Célula.

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Selmaan N. Chettih e outros. Código de barras de memórias episódicas no hipocampo de um pássaro que armazena alimentos. Célula, publicado on-line em 29 de março de 2024; doi: 10.1016/j.cell.2024.02.032

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