As células da grade criam vários mapas locais em vez de um único sistema global para navegação espacial, concluiu o estudo

As células da grade são uma classe de neurônios especializados em uma região do cérebro chamada córtex entorrinal, que é conhecida por apoiar a navegação espacial e alguns processos de memória. Estudos anteriores de neurociência descobriram que, à medida que os humanos e outros animais se movem ao seu redor, essas células disparam seguindo um padrão semelhante a uma grade, criando uma espécie de mapa interno do ambiente.

Pesquisadores da Faculdade de Medicina da Universidade de Heidelberg, do Centro Alemão de Pesquisa do Câncer e do EBRI realizaram recentemente um estudo que visa lançar nova luz sobre os processos através dos quais as células da grade codificam a posição de um animal no espaço e contribuem para a navegação espacial. Suas descobertas, publicado em Neurociência da Naturezasugerem que, em vez de criar e reter um único mapa global, essas células produzem vários mapas locais que podem orientar o comportamento futuro dos animais no espaço circundante.

“Logo após a descoberta das células da grade pelo grupo de May-Britt e Edvard Moser, foi proposto que esses neurônios poderiam apoiar a integração do caminho”, disse Kevin Allen, autor sênior do artigo, ao Medical Xpress. “Neste processo de navegação fundamental, um animal estima a sua posição integrando continuamente sinais de movimento próprio, mesmo na ausência de pontos de referência externos. No entanto, a maioria dos estudos anteriores de células de grelha foram conduzidos em ambientes ricos em sinais externos, tornando difícil isolar os processos de integração de caminho. “

Para superar as limitações de estudos anteriores relacionados, Allen e seus colegas desenvolveram um novo paradigma experimental que lhes permitiria registar a actividade das células da grelha enquanto os animais estimavam a sua posição apenas através da integração de sinais de movimento próprio. O objetivo principal do seu estudo recente foi compreender melhor como as representações das células da grade são mantidas ou reorganizadas ao longo do tempo, particularmente quando pontos de referência externos (ou seja, pontos de referência que os animais encontraram antes) são removidos.

“O método que usamos para decodificar o movimento da atividade das células da grade é bastante complexo”, explicou Allen. “Primeiro, precisávamos melhorar nossa técnica de gravação para que pudéssemos gravar mais de aproximadamente 10 células da grade simultaneamente em camundongos em movimento livre. O principal avanço foi o uso de sondas de silício de alta densidade, que nos permitiram capturar a atividade coordenada de muitas células da grade com alta precisão. “

Depois de identificarem um método confiável para registrar simultaneamente a atividade de muitas células da grade, os pesquisadores desenvolveram um algoritmo que pode estimar os movimentos de um animal com base nessa atividade registrada. Esta técnica baseia-se num facto conhecido, nomeadamente que as posições relativas dos campos de disparo das células da grelha são fixas umas em relação às outras.

“Por exemplo, se a célula A dispara sempre 20 cm a norte de onde a célula B dispara, então observar que a célula B está activa imediatamente antes da célula A sugere que o animal se moveu 20 cm para norte”, disse Allen. “Treinamos uma rede neural artificial para aprender essas relações automaticamente e prever o movimento dos ratos a partir dos padrões de disparo sequenciais de grupos de células da grade. Essa abordagem nos permitiu ler diretamente o movimento do animal a partir da atividade neural.”

Usando seu algoritmo recém-desenvolvido, Allen e seus colegas conseguiram reunir novos insights interessantes sobre como as células da grade representam o ambiente de um animal. Suas descobertas sugerem que, em vez de representar um sistema de coordenadas global único e fixo, as células dependem de um quadro de referência espacial que pode mudar dinamicamente em resposta a experiências e contexto recentes.

“Para ilustrar esta ideia, imagine entrar numa sala em completa escuridão: a princípio, o seu sentido interno de posição pode estar ancorado na porta por onde entrou”, disse Allen. “No entanto, depois de esbarrar num sofá, o seu ‘mapa’ interno pode mudar, ficando ancorado neste novo ponto de referência. Da mesma forma, nas nossas experiências, o ponto de ancoragem dos mapas de células da grelha mudou durante a navegação, sugerindo que o sistema de coordenadas espaciais do cérebro é flexível e dependente do contexto, em vez de fixo a uma referência absoluta.”

Notavelmente, os resultados recolhidos por Allen e seus colegas desafiam suposições de longa data dentro da comunidade neurocientífica sobre como as células da grelha contribuem para a navegação espacial. Em contraste com alguns trabalhos anteriores, eles sugerem que estas células mapeiam ambientes de forma mais adaptativa do que inicialmente previsto, atualizando dinamicamente a localização de um animal no espaço.

Estudos futuros poderiam basear-se nas descobertas da equipe. Por exemplo, tentar elucidar ainda mais os processos através dos quais as células da grade atualizam mapas locais em resposta a sinais externos ou contextuais. Ao mesmo tempo, este trabalho poderia informar o desenvolvimento de novos sistemas computacionais inspirados em células de grade que poderiam melhorar a criação de mapas e a navegação de robôs.

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