Pesquisadores do Centro Médico da Universidade de Georgetown determinaram como o sistema de aprendizagem do cérebro pode mudar dependendo da atividade de uma proteína específica. O seu trabalho mostra que a capacidade de ligar sinais a resultados benéficos pode ser fortalecida ou enfraquecida à medida que esta proteína se torna mais ou menos activa. Este processo ajuda a determinar se o cérebro responde a sinais que levam a um comportamento positivo ou ignora sinais associados a hábitos prejudiciais, incluindo aqueles associados ao vício de fumar.
“Nossa capacidade de associar certos sinais ou estímulos a experiências positivas ou gratificantes é um processo fundamental no cérebro e é prejudicado em muitas condições, como dependência, depressão e esquizofrenia”, diz Aleksey Ostraumov, Ph.D., professor assistente de farmacologia e fisiologia na Escola de Medicina da Universidade de Georgetown e autor sênior do estudo. “Por exemplo, o abuso de drogas pode causar alterações na proteína KCC2, que é crítica para a aprendizagem normal. Ao interferir neste mecanismo, as substâncias viciantes podem sequestrar o processo de aprendizagem.”
O estudo, apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), foi publicado em 9 de dezembro no Comunicações da natureza.
Como o KCC2 molda a atividade da dopamina e recompensa a aprendizagem
A equipe descobriu que podem ocorrer mudanças no aprendizado quando o nível da proteína KCC2 muda. Quando os níveis de KCC2 são reduzidos, os neurônios dopaminérgicos disparam mais rapidamente, o que promove a formação de novas associações de recompensa. Esses neurônios dopaminérgicos produzem e liberam dopamina, um neurotransmissor essencial para motivação, processamento de recompensas e controle motor.
Para compreender melhor esta relação, os investigadores estudaram o tecido cerebral dos roedores e observaram o comportamento dos ratos durante os testes pavlovianos. Nestes experimentos clássicos, um breve sinal sonoro alerta os ratos que um cubo de açúcar está a caminho. Além de analisar como o KCC2 afeta a taxa de disparo dos neurônios, os pesquisadores descobriram que os neurônios que disparam em conjunto podem amplificar surpreendentemente a atividade da dopamina. Breves explosões de dopamina parecem servir como poderosos sinais de aprendizagem que ajudam o cérebro a atribuir significado e valor a experiências comuns.
Por que dicas diárias podem desencadear desejos
“Nossos resultados ajudam a explicar por que associações fortes e indesejadas surgem tão facilmente, por exemplo, quando um fumante que sempre combina o café da manhã com um cigarro descobre mais tarde que simplesmente beber café causa uma forte vontade de fumar”, observa Astraumov. “Prevenir até mesmo associações relativamente benignas induzidas por drogas com situações ou lugares, ou restaurar mecanismos de aprendizagem saudáveis, pode ajudar a desenvolver melhores tratamentos para o vício e distúrbios relacionados”.
Como o diazepam e outras drogas afetam a coordenação neuronal
Os pesquisadores também examinaram se medicamentos que atuam em receptores celulares específicos, incluindo benzodiazepínicos como o diazepam, poderiam alterar o processo de aprendizagem. Trabalhos anteriores mostraram que mudanças na produção de KCC2 e, portanto, na atividade neuronal, podem alterar a forma como o diazepam (Valium) tem um efeito sedativo no cérebro. O estudo atual acrescenta outra camada a esse entendimento, mostrando que os neurônios fazem mais do que aumentar ou diminuir a atividade. Eles podem coordenar seus padrões de disparo e, quando essa coordenação ocorre, transmitem informações com mais eficiência. A equipe descobriu que o diazepam poderia apoiar esta atividade coordenada em seus experimentos.
Métodos e importância do uso de ratos para testes comportamentais
“Para chegar às nossas conclusões, combinamos múltiplas abordagens experimentais, incluindo eletrofisiologia, farmacologia, fotometria de fibras, comportamento, modelagem computacional e análise molecular”, diz a autora do primeiro estudo, Joyce Wu, candidata a doutorado no laboratório de Ostroumov.
Ela explicou que os ratos foram escolhidos para a parte comportamental do estudo porque normalmente realizam tarefas mais longas e complexas de forma mais consistente do que os ratos. Sua confiabilidade em experimentos de aprendizagem por recompensa permitiu que a equipe de pesquisa coletasse dados mais estáveis e informativos.
Implicações mais amplas para distúrbios cerebrais e estratégias de tratamento
“Acreditamos que estas descobertas vão além da pesquisa básica de aprendizagem”, diz Astraumov. “Eles estão descobrindo novas maneiras pelas quais o cérebro regula a comunicação entre os neurônios. E como essa conexão pode dar errado em uma variedade de distúrbios cerebrais, esperamos que, ao prevenir essas disfunções ou ao reparar a conexão normal quando ela é interrompida, possamos ajudar a desenvolver melhores tratamentos para uma ampla gama de distúrbios cerebrais.”
Contribuintes adicionais de Georgetown incluem Ajay Upreti, Daniel Reid, Irene Chung, Elon Catham Samuel, Helena de Carvalho Schuh e Caroline Swain.
Astraumov e seus coautores relatam que não têm interesses financeiros pessoais relacionados ao estudo.
Este trabalho foi apoiado pelas bolsas do NIH MH125996, DA048134, NS139517, DA061493, e por bolsas da Brain and Behavior Research Foundation, da Whitehall Foundation e da Brain Research Foundation.
