Por que o GPS do cérebro falha com a idade e como algumas mentes a desafiam

Agora, pesquisadores da Stanford Medicine e seus colegas estão descobrindo o que dá errado nos cérebros mais velhos quando a memória espacial vacila e se essas mudanças podem ser evitadas.

Em um novo estudo comparando ratos jovens, de meia idade e antigos, os pesquisadores descobriram que a atividade no córtex entorrinal medial-às vezes comparado ao sistema de posicionamento global do cérebro-se torna menos estável e menos sintonizado com o meio ambiente em animais idosos. Aqueles com a atividade mais prejudicada nesta região do cérebro foram os mais confusos em um teste de memória espacial.

“Você pode pensar no córtex entorrinal medial como contendo todos os componentes necessários para construir um mapa do espaço”, disse Lisa Giocomo, PhD, professora de neurobiologia e autor sênior do estudo para publicar 3 de outubro em 3 de outubro em Comunicações da natureza.

“Antes deste estudo, havia um trabalho extremamente limitado sobre o que realmente acontece com esse sistema de mapeamento espacial durante o envelhecimento saudável”.

Embora, em média, os ratos idosos fossem visivelmente piores do que seus colegas mais jovens em navegar em seus ambientes, houve ampla variação entre eles – um sinal de que o declínio da memória espacial pode não ser uma parte inevitável da idade avançada.

Mapas mentais

O córtex entorrinal medial é uma parte essencial do sistema de navegação do cérebro. Ele contém uma variedade de células que rastreiam informações diferentes, incluindo a velocidade e a direção da cabeça do animal, bem como as dimensões e fronteiras de um espaço. Para o novo estudo, os pesquisadores se concentraram nas chamadas células da grade, que criam um mapa do ambiente, quase como um sistema de longitude e latitude.

Eles estudaram camundongos em três categorias de idade: ratos jovens com aproximadamente 3 meses de idade, camundongos de meia-idade, com aproximadamente 13 meses de idade e ratos velhos com aproximadamente 22 meses de idade. Essas idades se correlacionam aproximadamente com crianças de 20 anos, jovens de 50 anos e 75 a 90 anos de idade.

Os pesquisadores registraram a atividade cerebral de camundongos levemente sedentos, enquanto corriam faixas de realidade virtual procurando recompensas ocultas – uma lambida de água. Eles correram em uma bola estacionária cercada por telas que exibiam o ambiente virtual, como uma esteira do tamanho de um rato em um teatro IMAX do tamanho de um rato.

Cada mouse correu as faixas centenas de vezes ao longo de seis dias. (Os ratos são corredores naturalmente ávidos, observou os pesquisadores.)

Com repetição suficiente, os ratos em todas as faixas etárias poderiam aprender a localização de uma recompensa oculta em uma faixa específica. No sexto dia, eles pararam apenas para lamber os locais de recompensa. Consequentemente, as células da grade em seu córtex entorrinal medial desenvolveram padrões distintos de disparo para cada pista, como se construísse mapas mentais personalizados.

Trocando de faixas

Mas, em uma tarefa mais desafiadora na qual os ratos foram alternados aleatoriamente entre duas faixas diferentes que já haviam aprendido, cada uma com um local de recompensa diferente, os ratos idosos foram frustrados – aparentemente incapazes de determinar em qual faixa eles estavam.

“Nesse caso, a tarefa era mais semelhante a lembrar onde você estacionou seu carro em dois estacionamentos diferentes ou onde sua cafeteira favorita está em duas cidades diferentes”, disse Giocomo.

Sem saber onde estavam, os ratos antigos tendiam a correr o resto da pista sem se preocupar em parar e procurar recompensas. Alguns pegaram uma tática diferente e tentaram lamber por toda parte.

Suas células da grade refletiam sua confusão. Apesar de ter desenvolvido padrões de disparo distintos para cada pista, suas células de grade dispararam de forma irregular quando as faixas foram alternadas.

“O recall espacial e a rápida discriminação desses dois ambientes foram realmente prejudicados”, disse Charlotte Herber, PhD, estudante de MD-PHD e principal autor do estudo.

As descobertas parecem se alinhar com o comportamento humano. “As pessoas mais velhas geralmente podem navegar em espaços familiares, como sua casa ou o bairro em que sempre moravam, mas é realmente difícil para eles aprender a navegar em um novo lugar, mesmo com experiência”, disse Giocomo.

Por outro lado, os ratos jovens e de meia-idade entenderam a tarefa até o sexto dia, e a atividade das células da grade combinou rapidamente com a pista em que estivesse.

“Nos dias um a seis, eles têm padrões de disparo espacial progressivamente mais estáveis ​​que são específicos para o contexto A e específicos para o contexto B”, disse Herber. “Os ratos idosos não conseguem desenvolver esses mapas espaciais discretos”.

Os ratos de meia-idade tinham padrões um pouco mais fracos em sua atividade cerebral, mas tiveram um desempenho muito semelhante aos ratos jovens. “Achamos que essa é uma capacidade cognitiva que pelo menos até 13 meses de idade em um rato, ou talvez de 50 a 60 anos em uma contraparte humana, provavelmente está intacta”, disse Herber.

Super-perseguir

Embora os ratos jovens e de meia-idade tenham tido um desempenho uniformemente em suas faixas etárias, o conjunto mais antigo mostrou mais variabilidade na memória espacial.

Os ratos masculinos geralmente tiveram um desempenho melhor do que as ratos femininas, embora os pesquisadores ainda não saibam o porquê.

Um mouse dos homens idosos se destacou: ele acalmou o teste, lembrando os locais de recompensa ocultos em faixas alternadas da mesma forma que, se não melhor, dos ratos jovens e de meia idade.

“Foi o último mouse que gravei e, honestamente, quando eu estava assistindo o experimento, pensei: ‘Oh não, esse mouse vai estragar as estatísticas'”, disse Herber.

Em vez disso, o mouse super -ger acabou para confirmar o link entre a atividade das células da grade e a memória espacial. Suas células da grade eram tão incomumente quanto seu comportamento, disparando de forma clara e precisa em cada ambiente.

“A variabilidade no grupo idosa nos permitiu estabelecer essas relações correlativas entre função neural e comportamento”, disse Herber.

O mouse super-comer também incentivou os pesquisadores a procurar diferenças genéticas que possam sub-a variabilidade no envelhecimento. Eles sequenciaram o RNA de camundongos jovens e velhos e encontraram 61 genes que foram mais expressos em camundongos com atividade instável das células da grade. Esses genes podem estar envolvidos na direção ou na compensação do declínio da memória espacial, disseram os pesquisadores.

O gene haplin4, por exemplo, contribui para a rede de proteínas que envolvem os neurônios, conhecidos como rede perineuronal, o que pode ajudar a aumentar a estabilidade das células da grade e proteger a memória espacial em camundongos envelhecidos.

“Assim como os ratos, as pessoas também exibem uma extensão variável do envelhecimento”, disse Herber. “Compreender parte dessa variabilidade – por que algumas pessoas são mais resistentes ao envelhecimento e outras são mais vulneráveis ​​- fazem parte do objetivo deste trabalho”.

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, São Francisco, contribuíram para o estudo.

O estudo recebeu financiamento do Programa de Treinamento de Cientistas Médicos da Universidade de Stanford, o Instituto Nacional de Envelhecimento, a Iniciativa Brain do National Institutes of Health (Grant U19NS118284), Instituto Nacional de Saúde Mental (Subsídios MH1269904 e MH130452), o James Abusening (Grants Foundation (concessão da Fundação S. Fundação S. Foundation S.