Cientistas encontraram pontos de sinapse ocultos no cérebro de adolescentes

No centro do desenvolvimento do cérebro estão as sinapses – as conexões funcionais entre os neurônios permitem que a informação flua através do cérebro. Durante décadas, os pesquisadores acreditaram que o número de sinapses aumentava constantemente durante a infância e depois diminuía durante a adolescência. Esta ideia levou à teoria amplamente aceita de que a “poda sináptica” excessiva, o processo de remoção de conexões fracas ou não utilizadas, poderia contribuir para condições neuropsiquiátricas. A esquizofrenia, que pode envolver alucinações, delírios e pensamento desorganizado, tem sido frequentemente associada a este mecanismo.

Novas pesquisas desafiam uma teoria de longa data

Uma equipa de cientistas da Universidade de Kyushu descobriu agora evidências que questionam esta visão de longa data. Num estudo publicado em Avanços da Ciência em 14 de janeiro, os pesquisadores descobriram que o cérebro do adolescente não elimina simplesmente conexões. Em vez disso, também cria novos agrupamentos de sinapses compactados em partes específicas dos neurônios durante esse estágio de desenvolvimento.

“Não pretendíamos estudar distúrbios cerebrais”, diz o professor Takeshi Imai, da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade de Kyushu. “Depois de desenvolver uma ferramenta de alta resolução para análise sináptica em 2016, observamos o córtex cerebral do rato por curiosidade. Além de ver a beleza da estrutura neuronal, ficamos surpresos ao descobrir um ponto de acesso de alta densidade de espinhas dendríticas, até então desconhecido, as pequenas saliências nos dendritos onde as sinapses excitatórias são formadas.”

Ampliando uma camada cerebral chave

O córtex cerebral consiste em seis camadas que trabalham juntas para formar circuitos neurais altamente intrincados. Imai e seus colegas concentraram-se nos neurônios da Camada 5, que coletam informações de muitas fontes e enviam sinais para fora como a saída final do córtex. Devido a esse papel, esses neurônios atuam como um ponto central de controle de como o cérebro processa as informações.

Para estudar essas células em detalhes, a equipe usou SeeDB2 – o agente de limpeza de tecidos desenvolvido pela equipe de Imai – junto com microscopia de super-resolução. Essa combinação permitiu aos pesquisadores examinar o tecido cerebral transparente e mapear espinhas dendríticas em neurônios inteiros da Camada 5 pela primeira vez.

Um ponto de acesso de sinapse que aparece na adolescência

O mapeamento detalhado revelou um padrão inesperado. Uma seção específica do dendrito continha uma concentração incomumente densa de espinhas dendríticas, formando o que os pesquisadores chamam de “ponto quente”. Análises mais aprofundadas mostraram que este hotspot não existe no início da vida e surge durante a adolescência.

Para identificar quando essa mudança ocorre, a equipe acompanhou a distribuição da coluna vertebral em vários estágios de desenvolvimento. Em camundongos com duas semanas de idade, antes do desmame, as espinhas dendríticas estavam espalhadas de maneira relativamente uniforme pelo neurônio. Entre três e oito semanas de idade, período que abrange a primeira infância até a adolescência, a densidade da coluna aumentou acentuadamente em uma única região do dendrito apical. Com o tempo, esse crescimento localizado resultou na formação de um denso hotspot de sinapses.

“Essas descobertas sugerem que a bem estabelecida hipótese da ‘poda sináptica adolescente’ precisa ser reconsiderada”, diz Imai.

Links para esquizofrenia e distúrbios cerebrais

A descoberta também pode ajudar a explicar como certos distúrbios cerebrais se desenvolvem. “Embora a poda sináptica ocorra amplamente entre os dendritos, a formação de sinapses também ocorre em compartimentos dendríticos específicos durante o desenvolvimento cortical do adolescente. A interrupção desse processo pode ser o fator chave em pelo menos alguns tipos de esquizofrenia”, diz Ryo Egashira, o primeiro autor do estudo e estudante de pós-graduação na Escola de Pós-Graduação em Ciências Médicas da Universidade de Kyushu quando a pesquisa foi conduzida.

Para explorar esta ideia, os investigadores examinaram ratos com mutações em genes associados à esquizofrenia, incluindo Setd1a, Hivep2 e Grin1. O desenvolvimento inicial parecia típico, com densidade normal da coluna até duas ou três semanas após o nascimento. Durante a adolescência, porém, a formação de sinapses foi significativamente reduzida, impedindo o desenvolvimento adequado do hotspot.

Durante muitos anos, a esquizofrenia foi vista principalmente como uma condição causada pela perda excessiva de sinapses. Estas descobertas sugerem uma possibilidade diferente, de que os problemas com a construção de novas sinapses durante a adolescência possam desempenhar um papel crítico. Ainda assim, os investigadores sublinham que o seu estudo se concentrou apenas em ratos, e permanece incerto se os mesmos processos ocorrem em primatas ou em humanos.

Olhando para o futuro na pesquisa sobre desenvolvimento cerebral

“No futuro, esperamos identificar quais regiões do cérebro estão formando essas novas conexões sinápticas durante a adolescência”, diz Imai. “Isso nos dirá quais circuitos estão realmente sendo construídos durante esta janela de desenvolvimento. Compreender como e quando essas conexões se formam pode avançar nosso conhecimento tanto do desenvolvimento do cérebro quanto dos mecanismos subjacentes aos distúrbios neuropsiquiátricos.”