Um novo tipo de neuroplasticidade reconfigura o cérebro após uma única experiência

Com os avanços em computação quântica, empresas como IBM, Google e startups deep tech estão acelerando uma nova revolução tecnológica. Esse movimento impacta diretamente áreas como:

• Qubits: Unidades fundamentais que permitem processamento exponencialmente mais rápido
• Criptografia: Sistemas atuais podem se tornar vulneráveis com computadores quânticos avançados
• Descoberta de medicamentos: Simulações moleculares mais rápidas e precisas
• Otimização: Aplicações em logística, finanças e inteligência artificial

Nas últimas décadas, os neurocientistas chegaram à “lenta percepção de que a atividade dendrítica é superimportante para a plasticidade e para os cálculos neuronais em geral”, disse Antonio Madarpós-doutorado na Universidade de Chicago, que liderou a revisão de 2025 de um simpósio da Society for Neuroscience sobre BTSP em O Jornal de Neurociências.

Existe um “zoológico” de diferentes eventos que ocorrem nos dendritos, disse ele. Eles podem disparar seus próprios picos elétricos locais ou globais. Eles podem cobrir uma área maior ou menor e podem surgir por períodos de tempo mais ou menos longos. Os neurocientistas descobriram que esses eventos nos dendritos podem permitir que até mesmo neurônios individuais realizem cálculos complexos – o que significa que os dendritos são a razão pela qual um único neurônio pode ter a mesma quantidade de poder computacional que uma rede neural artificial profunda.

Ainda assim, havia muito desconhecido sobre o comportamento dos dendritos. Os neurocientistas os caracterizaram principalmente em fatias cerebrais, onde os neurônios estão vivos e podem ser ativados, mas não estão ligados a um animal vivo. “Estávamos tentando levar isso para o verdadeiro comportamento do animal, ou para o verdadeiro comportamento do cérebro”, disse Magee.

Em 2014, eles começaram a se concentrar no hipocampo, uma área especialmente plástica do cérebro onde formamos memórias experienciais. É também o lar de células, que disparam quando um animal se move através de seu ambiente. Cada um desses neurônios aprende a disparar em locais específicos; mais tarde, se o roedor entrar novamente naquele local, a célula disparará, recuperando informações relevantes armazenadas na rede.

Enquanto os roedores corriam em uma pista circular, Magee e sua equipe registraram o que estava acontecendo nos dendritos do hipocampo. Foi quando eles observaram algo interessante.

Os neurocientistas sabiam há muito tempo que os dendritos às vezes podem permanecer ativos, com uma carga ligeiramente mais alta do que quando estão em repouso, por longos períodos de tempo sem disparar – criando o que é conhecido como potencial de platô. Como um potencial de platô aumenta as chances de o neurônio disparar, a atividade foi considerada importante para a neuroplasticidade. Mas ao examinar os dados dos roedores, Bittner viu que células locais cujos dendritos produziram apenas um único potencial de platô começaram a disparar.

Em outras palavras, uma única explosão de atividade no dendrito ajustou aquela célula para disparar naquele local. Anteriormente, pensava-se que a codificação de uma célula local exigiria múltiplos potenciais de ação, através da aprendizagem Hebbiana, o que exigiria que o animal explorasse o mesmo local várias vezes.

“Então pensamos: ‘Uau, o que está acontecendo aqui?’”, Disse Magee. Quando eles desencadearam experimentalmente esses platôs, as células dispararam naquele local 99,5% das vezes após um único platô dendrítico.

Os pesquisadores ficaram exultantes. “Estávamos correndo de um lado para o outro entre os escritórios, tipo, você sabe, agitando papéis – tipo, ‘Veja este resultado’”, disse Aaron Milsteinneurocientista da Universidade Rutgers, que trabalhava no laboratório de Magee na época. Parecia que os dendritos não estavam apenas estimulando passivamente um neurônio a disparar – eles próprios estavam causando a mudança, fortalecendo a sinapse em um único e rápido passo.

Magee e sua equipe publicaram suas descobertas em 2015. Nesse ponto, eles pensaram ter observado algum subtipo estranho de plasticidade hebbiana. Mas quando observaram mais de perto as gravações cerebrais de animais vivos e as fatias cerebrais, reconheceram a maior diferença entre a atividade dos dendritos e a plasticidade hebbiana: o tempo.

Na maioria dos estudos sobre a plasticidade hebbiana, os neurônios podem fortalecer ou enfraquecer sua conexão se forem ativados com intervalo de milissegundos um do outro. Os potenciais de platô dos dendritos, por outro lado, persistem por dezenas a centenas de milissegundos (às vezes se aproximando de um segundo) e, por meio do BTSP, podem fortalecer as sinapses ativas seis a oito segundos antes ou depois do evento de platô.

“Tornou-se bastante óbvio que este não era o tipo padrão de plasticidade hebbiana”, disse Magee. “Isso tornou tudo ainda mais interessante, é claro, e um pouco intimidante, porque então estaríamos enfrentando quase 100 anos de dogmas.”

Também abordou outra grande questão que a plasticidade hebbiana deixou em aberto: como as nossas células podem capturar os nossos comportamentos humanos relativamente lentos.

“Se você imaginar até mesmo o mais simples aprendizado comportamental – por exemplo, aprender a parar em um sinal vermelho ou até mesmo explorar e descobrir quais são as partes principais de uma sala específica – levará pelo menos alguns segundos”, disse Anant Jain neurofisiologista do Centro de Neurociência de Alto Impacto e Aplicações Translacionais da Índia. O BTSP explica como o cérebro pode codificar comportamentos em uma única explosão de atividade cerebral que se desenrola ao longo de vários segundos.

Como esse novo mecanismo parecia mais relevante do ponto de vista comportamental do que o aprendizado hebbiano, Magee o chamou de “plasticidade sináptica de escala de tempo comportamental”em um 2017 Ciência papel. “Não sou muito bom em dar nomes às coisas”, admitiu. Então ele esperou pela resposta de colegas neurocientistas.

Aprendizagem única

Inicialmente, o BTSP recebeu resistência dentro do campo. Havia uma boa razão para isso, disse Magee, pois desafiava o dogma da neuroplasticidade que dominou durante décadas. Mas, nos últimos anos, outros pesquisadores começaram a investigar eles próprios.

Este é “um modelo muito atraente para aprendizagem única”, disse Losonczy, que trabalhou no laboratório de Magee antes da descoberta e agora estuda BTSP em seu laboratório. Ao contrário dos mecanismos que permitem a um animal aprender lentamente uma nova habilidade, o BTSP pode ajudá-lo a aprender – depois de apenas uma única exploração da sua jaula – que existe comida no canto noroeste ou que existe um choque a sul. “Às vezes você precisa se lembrar de eventos dos quais só tem uma chance de lembrar, [such as] onde está o predador”, disse Losonczy. “Caso contrário, você será retirado do pool genético.”

Embora seja uma explicação clara, o mecanismo exato permanece indefinido. “Ainda há muitas questões sem resposta, pelo menos no nível das moléculas”, disse Jain. No entanto, os neurocientistas estão começando a receber algumas dicas.

As primeiras descobertas sugerem que certas experiências fazem com que as sinapses, as lacunas entre os neurônios por onde os dendritos se estendem, sejam marcadas com assinaturas bioquímicas indescritíveis chamadas traços de elegibilidade. Essas tags permanecem por vários segundos e indicam que esses neurônios estiveram ativos recentemente e, portanto, são relevantes para uma experiência específica. Então, no neurônio seguinte, um potencial de platô dendrítico causa uma mudança generalizada de voltagem que se espalha por todo o dendrito. Este patamar aciona todas as sinapses com o traço de elegibilidade para fortalecer.

Alguns estudos estão começando a ampliar o processo molecular. Em 2024, Jain e sua equipe relataram que os platôs dendríticos podem causar uma cascata de sinais bioquímicos acumular-se ao longo de vários segundos e depois ativar uma das proteínas mais importantes para a aprendizagem, conhecida como CaMKII. Esta proteína influencia diretamente a força sináptica, aumentando fisicamente a área de superfície e o número de receptores nos dendritos, permitindo que mais neurotransmissores se liguem ali na próxima vez que a célula disparar.

O BTSP também pode resolver um enigma contínuo na neurociência. Como fortalece apenas neurônios ativos relevantes, ao contrário de qualquer neurônio ativo, o BTSP pode ajudar a resolver o “problema de cessão de crédito”- como o cérebro pode dizer quais neurônios devem codificar uma determinada experiência. Agora, Magee e outros estão investigando o papel que o BTSP pode desempenhar não apenas no aprendizado, mas também na consolidação de memórias.

No entanto, Dombeck é cauteloso quanto a exagerar na importância do BTSP. Foi observado em circunstâncias limitadas: apenas no hipocampo, quando um animal aprende localizações (embora os investigadores tenham encontrado algumas evidências de BTSP no neocórtex, onde ocorrem os processos de ordem superior do cérebro). Em seu laboratório, Dombeck descobriu que o BTSP ocorre em algumas células do hipocampo, mas não em todas elas.

Jain nem mesmo está convencido de que o BTSP deva ser categorizado como um tipo de aprendizagem não hebbiano. A aprendizagem hebbiana é muitas vezes definida de forma vaga, e o próprio Hebb foi vago sobre as escalas de tempo em que funciona. “Donald nunca especificou realmente que isso tem que acontecer em milissegundos”, apenas que os neurônios precisam disparar repetidamente juntos, disse ele. Só mais tarde os neurocientistas o refinaram mecanicamente para incluir escalas de tempo de milissegundos, disse Jain.

A maioria dos neurocientistas concorda que o BTSP não substitui o aprendizado hebbiano, mas funciona junto com ele. “A plasticidade hebbiana provavelmente desempenha um papel enorme no desenvolvimento, na fiação inicial” do cérebro, sugeriu Grienberger, enquanto o BTSP pode ser mais importante para a formação de memórias episódicas em adultos.

Ainda há muito desconhecido sobre o BTSP, especialmente o mecanismo, que Madar disse ser “bastante especulativo”. No entanto, ele também reconheceu que antes de se tornar o modelo arquetípico de aprendizagem, “a plasticidade hebbiana também era uma hipótese”. Nossa compreensão de como o cérebro aprende através de mudanças incessantes também está em constante mudança.

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